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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA
LABORATORIO Nº6
ESTEREOQUIMICA
I. OBJETIVOS
Obtener el acido fumárico a partir del acido maleico.
Comprobar experimentalmente las diferencias en las propiedades físicas de los
isómeros geométricos.
II. FUNDAMENTO TEORICO
ISOMERIZACION
La isomería cis-trans o geométrica es debida a la rotación restringida entorno a
un enlace carbono-carbono.
Isómeros geométricos
Esta restricción puede ser debida a la presencia de dobles enlaces o ciclos. Así,
el 2-buteno puede existir en forma de dos isómeros, llamados cis y trans. El
isómero que tiene los hidrógenos al mismo lado se llama cis, y el que los tiene a
lados opuestos trans.
Los compuestos cíclicos, debido a su rigidez, también presentan isomería
geométrica. Así, el 1,2-dimetilciclohexano puede existir en forma de dos isómeros.
Se llama isómero cis el que tiene los hidrógenos al mismo lado y trans el que los
tiene a lados opuestos.
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El ácido maleico es el isómero del ácido cis-butenodioico, mientras que el
ácido fumárico es el isómero trans.
PROPIEDADES FISICAS
Las propiedades físicas de ácido maleico son muy diferentes a las del ácido
fumárico. El ácido maleico es una molécula menos estable que el ácido
fumárico. La diferencia en el calor de combustión es de 22,7 KJ/mol.
El ácido maleico es soluble en agua, mientras que el ácido fumárico no lo
es. El punto de fusión del ácido maleico está entre 131-139°C, también es
mucho menor que la del ácido fumárico que es de 287°C. Ambas propiedades
del ácido maleico puede explicarse en razón de la vinculación del hidrógeno
intramolecular que tiene lugar a expensas de las interacciones moleculares.
REACCIONES DE SINTESIS
Isomerización. El ácido maleico y el ácido fumárico normalmente no se
pueden interconvertir porque la rotación alrededor de un doble enlace
carbono-carbono no es energéticamente favorable. En el laboratorio, el
ácido maleico se transforma en ácido fumárico, a través del proceso de
calentamiento de la solución de ácido maleico en 12 M de ácido clorhídrico.
Además la reacción es reversible (H+) lleva a la rotación libre alrededor del
enlace (C-C) central y la formación de ácido fumárico, el más estable y
menos soluble. En la industria, el ácido fumárico se produce también a
partir del ácido maleico por isomerización catalítica con ácidos minerales,
bromatos, o tiourea. Una vez más la gran diferencia en la solubilidad en
agua hace que la purificación del ácido fumárico sea fácil.
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El ácido maleico se convierte en anhídrido maleico por deshidratación, al
ácido málico por la hidratación, y el ácido succínico por hidrogenación
(etanol/paladio sobre carbono). Reacciona con el cloruro de tionilo o
pentacloruro de fósforo para dar el cloruro de ácido maleico (que no es
posible aislar el cloruro de ácido mono).
El ácido maleico es un reactivo que se utiliza mucho en síntesis química de
Diels-Alder.
ISOMEROS OPTICOS
Un complejo quiral es aquel cuya geometría no es superponible con la de su
imagen especular. Dos complejos quirales, cada uno de los cuales es la imagen
especular del otro se conocen como isómeros ópticos. Los dos isómeros ópticos
forman un par de enantiómeros. Los isómeros ópticos se denominan así porque son
ópticamente activos, es decir, un enantiómero gira el plano de la luz polarizada en
una dirección y el otro rota dicho plano el mismo ángulo pero en dirección
contraria. Un isómero óptico es aquel que tiene la propiedad de hacer girar el plano
de la luz polarizada, hacia la derecha o hacia la izquierda.
Esta propiedad se mide en un aparato llamado polarímetro y se denomina
actividad óptica. Si el estereoisómero hace girar la luz hacia la derecha se denomina
dextrógiro, y si lo hace girar hacia la izquierda se denomina levógiro.
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III. DATOS Y RESULTADOS
III.1 DATOS EXPERIMENTALES
III.2 TRATAMIENTO DE DATOS
EXPERIMENTO Nº1: Isomerización del acido maleico en acido fumarico
Rendimiento=masa final obtenidamasa inicial
∗100 %
Rendimiento= 1.2g5.0 g
∗100 %= 24.0%
EXPERIMENTO Nº2: Actividad óptica del acido tartárico
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EXPERIMENTO Nº1 EXPERIMENTO Nº2
Isomerización del acido maleico en acido
fumarico
Actividad óptica del acido tartárico
CaracterísticasÓpticas
Acido maleico: blanco y granulado Acido (+)- tartárico: blanco y
granuladoAcido fumarico: blanco y granulado
Masa inicial Acido maleico5.0 g Acido (+)- tartárico: 3.0 g
Masa final Acido fumarico:1.2 g -
Volumen añadido V HCL=22.5 mLVolumen enrasado en la fiola
hasta 50 mL
Rotación óptica observada
-
Masa de Acido (+)- tartárico ∝
1º 1.0g 0.3 0 °2º 3.0g 0.72 °
Masa de Dextrosa Anhidra
∝
3º 1.0g 1.25°4º 3.0g 4.75°
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[∝ ]Dt °C= ∝
l∗c
[∝ ]Dt °C
:Rotación espé cifica
∝: rotaciónóptica (observada)
l : longitud deltubo polarimétrico (dm)
c :concentración de la soluciónen g/mL
Densidad en g/mL cuando es liquido puro
SUSTANCIA [∝ ]20reportada [∝ ]experimental concentración [∝ ]D
t
Acido (+)- tartárico
+12°1º 0.3 0 ° 0.02 152º 0.72 ° 0.06 12
Dextrosa Anhidra
+53°3º 1.25° 0.02 62.54º 4.75° 0.06 79.2
l=1 dm; t=19.5 ˚C
% Error= |Valor teorico−valor experimentalValor teorico |∗100%
Acido (+)- tartárico:
1º % Error: |12−1512 |∗100 %=25 %
2º % Error: |12−1212 |∗100 %=0 %
Dextrosa Anhidra
3º % Error: |53−62.553 |∗100 %=17.9 %
4º % Error: |53−79.253 |∗100 %=49.4 %
IV. REACCIONES Y MECANISMOS DE REACCION
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Cristales en papel filtro seco
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Acido Maleico Acido FumáricoV. DIAGRAMA DE FLUJO DEL PROCESO
EXPERIMENTO Nº1: Isomerización del ácido maleico en ácido fumarico
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Volumen HCl: 22.5 mL Acido maleico
Masa: 5.0 g
Operación: Disolución con agitación
Operación: Calentamiento en baño Maria
T=45min aprox.
Masa de cristales: 1.2 g
Operación: Calentamiento vigoroso
T=15 min.
Acido fumarico en solución
Operación: Filtración al vacio en frio
Cristales (acido fumarico) en papel filtro húmedo
Tomamos un pequeño muestra y la llevamos a analizar para calcular su punto de fusión
Masa del Acido (+)-tartárico: 3.0g
Agregamos un poco agua
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EXPERIMENTO Nº2: Actividad óptica del ácido tartárico
VI. OBSERVACIONES
La isomerización del ácido maleico sucedió con mayor rapidez cuando se
colocó la solución a calentamiento vigoroso, debido a que esta reacción es
altamente endotérmica.
Las propiedades ópticas del ácido maleico y ácido tartárico son muy similares;
por lo que se procedió a usar una propiedad física como el punto de fusión
para la corroboración de que se había obtenido el ácido fumarico, siendo el
punto de fusión (285°C)del mismo mucho mayor el del acido maleico, por
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Operación: Secado
Operación: preparación de solución
Vertemos un poco de la solución en el tubo polar
Procedemos a calcular el ángulo de rotación
experimental
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encima de los 135° C. Pudiéndose comprobar que la isomerización fue
alcanzada.
Al momento de calcular el ángulo de rotación en el polarímetro, debemos
procurar que ninguna burbuja haya dentro del tubo polar, así también de que
el mismo debe estar totalmente seco por fuera. Y también que la solución a
analizar este totalmente disuelta y sea homogénea.
VII. CONCLUSIONES
Los isómeros del ácido maleico ácido fumarico
VIII. BIBLIOGRAFIA
1. Brewster, Ray Q; Vanderwert, Calvin A; Mc Ewen, William. CURSO PRACTICO
DE QUIMICA ORGANICA. Ed. Alhambra, Tercera edición, Año 1977, Pág. 32-38,
40-48.
2. Fieser, Louis F. EXPERIMENTOS ORGANICOS. Ed.Reverte S.A,1º Edición, Año
1967, Pág. 4-8,22-28
3. Galagovsky Kurman, Lydia. QUIMICA ORGANICA, FUNDAMENTOS TEORICO-
PRACTICOS PARA EL LABORATORIO. Argentina, Ed. Universitaria de Buenos
Aires, 5ta Edición, Pág. 19, 23,39-40.
Estos dos ácidos son isomeros geométricos. . Estos ácidos son conocidos desde hace
mucho tiempo con sus nombres comunes: ácido maleico (ácidoisomero cis) y ácido
fumárico(ácido trans)
. Son usados como aditivos en alimentos .
De acuerdo con estas dos estructuras diferentes, estos dos compuestos tienen propiedades
físicas y químicas muy diferentes. Mientras que el ácido fumárico es un producto normal
del metabolismo, el ácido maleico es muy tóxico.
Cuando se calienta a una temperatura mayor que la de su punto de fusión, el ácido maleico
forma un anhídrido intramolecular, el anhídrido maleico. Esto sugiere que el ácido maleico
es un ácido cis, ya que sólo con esta estructura los grupos carboxilo se pueden encontrar
suficientemente próximos en el espacio para reaccionar entre sí.
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A mayor solubilidad, acidez y reactividad con magnesio, mostrada por las disoluciones
acuosas de ácido maleico, respecto del ácido fumárico, están relacionadas con la extensión
de la reacción de hidrólisis. Dicha reacción alcanza mayor extensión como consecuencia de
la interacción por puente de hidrógeno intramolecular de uno de los dos protones
ionizables del ácido maleico, aumentando la deficiencia electrónica en el otro, quien trata
de neutralizar el efecto interactuando con los electrones no enlazantes de las moléculas de
solvente, H2O del ácido maleico .
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