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Page 1: LAB N6

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.

LABORATORIO DE QUIMICA ORGANICA IPágina 1

Page 2: LAB N6

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA

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.

LABORATORIO DE QUIMICA ORGANICA IPágina 2

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA

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.

LABORATORIO DE QUIMICA ORGANICA IPágina 3

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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

LABORATORIO DE QUIMICA ORGANICA IPágina 4

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

LABORATORIO DE QUIMICA ORGANICA IPágina 5

Page 6: LAB N6

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

LABORATORIO DE QUIMICA ORGANICA IPágina 6

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

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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

LABORATORIO DE QUIMICA ORGANICA IPágina 7

Operación: Secado

Operación: preparación de solución

Vertemos un poco de la solución en el tubo polar

Procedemos a calcular el ángulo de rotación

experimental

Page 8: LAB N6

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA

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.

LABORATORIO DE QUIMICA ORGANICA IPágina 8

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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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