UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO

FACULTAD DE QUÍMICA

DEPARTAMENTO DE QUÍMICA ORGÁNICA

                               

MANUAL DE PRÁCTICAS DE LABORATORIO

QUÍMICA ORGÁNICA II (1413)

2016 - 1

a

b

c

d

PRÓLOGO Química Orgánica II (1413) Coordinadora Dra. Ma. del Consuelo S. Sandoval G

2

PRÓLOGO

Dadas las necesidades del cambio al nuevo plan de estudios para la Carrera de Químicos, en la Facultad de Química de la UNAM. Fue necesario hacer modificaciones a las prácticas de Química Orgánica II (clave 1413), utilizando los manuales del antigüo plan de estudios: el de Compuestos con Carbono, Hidrógeno y Halógenos clave 1435 y el de Compuestos con Carbono, Hidrógeno, Oxígeno, Nitrógeno y Azufre clave 1535. Con ellos, los nuevos programas y la colaboración de los maestros que han impartido la teoría y el laboratorio en dicha química desde el año 2007 a la fecha, se logra obtener el presente manual de prácticas de cada semestre.

Estas modificaciones estuvieron a cargo de la jefa de laboratorio Dra. María del Consuelo

Socorro Sandoval García, con la colaboración de la alumna Noemy Bolaños Méndez en el año 2007. Tomando como base los manuales elaborados por el Dr. José Gustavo Ávila Zárraga (clave 1435) y la M en C Ana Adela Sánchez Mendoza (clave 1535) en el año 2004.

Los datos de los compuestos, así como los diagramas de tratamiento de residuos y desechos, fueron capturados de los datos elaborados por la Dra. Irma Cruz Gavilán García posteriormente se han incrementado y se han realizado modificaciones por la M en C. Gema Susana Cano Díaz. Se realizaron modificaciones en las metodologías y material a finales del semestre 2014-2 mismas que se incorporan en el manual del semestre 2015-1.

PROGRAMA TEÓRICO EXPERIMENTAL Química Orgánica II (1413) Coordinadora Dra. Ma. del Consuelo S. Sandoval G

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FACULTAD DE QUÍMICA

PROGRAMA TEORICO EXPERIMENTAL PARA LA MATERIA “QUÍMICA ORGÁNICA II” (1413)

DEPARTAMENTO DE QUÍMICA ORGÁNICA

Semana Horas

acumuladas en teoría

Unidad Experimento Fechas Días: Martes y Jueves

Horas acumuladas

en el laboratorio

Plan de trabajo en el laboratorio Semestre 2016-1

Del 11 de agosto al 12 de noviembre de 2015

1 3 0 11 y 13 de agosto 4 Medidas de seguridad, reglamentos de laboratorio

2 6

1 18 y 20 de agosto 8 Reacción de Diels-Alder

Obtención del ácido 5,6-norbornendicarboxílico

3 9 2 25 y 27 de agosto 12 Halogenuros de alquilo. Obtención de:

Bromuro de n-butilo SN2

4 12

HALOGENUROS DE ALQUILO

3 1 y 3 de septiembre 16 Cloruro de ter-butilo SN1. Su hidrólisis para determinar la constante de velocidad de la reacción

5 15 4 8 y 10 de septiembre 20 Sustitución electrofílica aromática SEA (1ª parte)

Nitrobenceno m-Dinitrobenceno

6 18

SUSTITUCIÓN ELECTROFÍLICA AROMÁTICA 5 15 F y 17 de septiembre 24 o y p-Nitrofenol SEA (2da parte)

2,4-Dinitroclorobenceno

7 21 SUSTITUCIÓN NUCLEOFÍLICA AROMÁTICA

6 22 y 24 de septiembre 28 Sustitución nucleofílica aromática SNA 2,4-dinitrofenilanilina 2,4-dinitrofenilhidracina

8 24 7 29 de septiembre y 1 de octubre 32 Reacción de Grignard para la Obtención del alcohol

9 27 8 6 y 8 de octubre 36 Reducción de carbonilos con microondas, en estado sólido y el tradicional

10 30 9 13 y 15 de octubre 40 Oxidación n-butanol 11 33

ALCOHOLES Y FENOLES

10 20 y 22 de octubre 44 Identificación y caracterización de alcoholes y fenoles

12 36 ÉTERES 11 (REPOSICIÓN) 27 y 29 de octubre 48 Síntesis de Williamson

13 39 12 3 y 5 de noviembre 50 Seminario General

14 42 13 10 y 12 de noviembre 52 Entrega de calificaciones a los alumnos así como su firma de enterados y la entrega de calificaciones a la sección

15 45

---- 16 y 20 de noviembre ----- ------ Días festivos: F = 15 y 16 de septiembre martes y miércoles. 1 y 2 de noviembre domingo y lunes y 16 de noviembre lunes

4

CONTENIDO Página PRÓLOGO 2

PROGRAMA TEÓRICO EXPERIMENTAL 3

CONTENIDO 4

REACCIÓN DE DIELS – ALDER Obtención del ácido 5,6-norbornendicarboxílico

HALOGENUROS DE ALQUILO Obtención de:

Bromuro de n-butilo SN2

CINÉTICA QUÍMICA Determinación de la constante de velocidad de reacción

Hidrólisis del cloruro de ter-butilo SN1

SUSTITUCIÓN ELECTROFÍLICA AROMÁTICA SEA Reacciones de Nitración obtención de:

Nitrobenceno 5 - 7

m-Dinitrobenceno 8 - 10

o y p-Nitrofenol 11 - 13

2,4-Dinitroclorobenceno 14 - 16

SUSTITUCIÓN NUCLEOFÍLICA AROMÁTICA SNA

2,4-dinitrofenilhidracina 17 - 20

2,4-dinitrofenilanilina

REACCIÓN DE GRIGNARD Preparación de trifenilcarbinol por adición de:

21 - 23

Benzofenona

Benzoato de etilo 24 - 28

REDUCCIÓN de aldehídos y cetonas con microondas, en estado sólido y tradicional para la obtención de:

(4-metoxifenil)metanol 29 - 33

4-(hidroximetil)-2-metoxifenol

difenilcarbinol

OXIDACIÓN DE ALCOHOL n-butanol

34 - 39

IDENTIFICACIÓN Y CARACTERIZACIÓN DE ALCOHOLES Y FENOLES

SÍNTESIS DE WILLIAMSON Obtención de:

ácido fenoxiacético

40 - 43

44 - 49

50 - 53

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Obtención de ácido–5,6–norbonendicarboxílico Química Orgánica II (1413)

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REACCION DE DIELS–ALDER OBTENCIÓN DE ÁCIDO–5,6–NORBONENDICARBOXÍLICO

OBJETIVOS

1. Ejemplificar una reacción pericíclica (cicloadición 4 + 2) 2. Comprobar el producto obtenido por pruebas analíticas: a. Bromo en tetracloruro. b. Solución de permanganato de potasio. c. Cromatografía en capa fina analítica.

ANTECEDENTES

1. Reacciones pericíclicas. 2. Reacciones concertadas, iónicas y por radicales. 3. Reacción de Diels–Alder 4. Estereoquímica de los aductos de Diels–Alder. 5. Mecanismo de reacción.

REACCIÓN

2

O

O

O

+

O

O

O

+ OH H

COOHCOOH

O

O

O

H

H

SUSTANCIAS Acetato de etilo 5 ml Diclorometano 2 ml Anhídrido maleico 0.5 g Hexano 5 ml Bromo en tetracloruro de carbono 1 ml Solución de permanganato de potasio 1 ml Diciclopentadieno 25 ml

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MATERIAL Anillo de fierro 1 Pinza de 4 dedos c/nuez 2 Buchner con alargadera 1 Pipeta graduada de 5 ml 1 Cámara de cromatografía 1 Portaobjeto 2 Colector 1 Portatermómetro 1 Columna Vigreaux 2 Recipiente de peltre 1 Espátula 1 Refrigerante para agua 1 Frasco vial 4 T de destilación 1 Matraz bola de 50 ml 1 Tela de asbesto 1 Matraz Erlenmeyer de 25 ml 1 Termómetro de -10 a 400o C 1 Matraz kitasato de 250 ml con manguera 1 Vaso graduado de 250 ml 2 Mechero con manguera 1

INFORMACIÓN 1. Las reaccione pericíclicas proceden por mecanismos concertados (paso único), debido a que se

rompen los enlaces antigüos y se forman nuevos en un sólo paso. 2. Las reacciones pericíclicas son estereoespecíficas, existen tres tipos principales de reacciones

pericíclicas: a. Reacciones de cicloadición b. Reacciones electrocíclicas c. Transposiciones sigmatrópicas

PROCEDIMIENTO

Coloque 25 ml de ciclopentadieno en un matraz bola de 50 ml, adapte un sistema para destilación fraccionada, Nota 1 Coloque dos columnas Vigreaux en serie y cubra las columnas con fibra de vidrio o papel aluminio y Nota 2 Todo el sistema deberá estar perfectamente seco, colecte el destilado en un matraz Erlenmeyer de 50 ml, que deberá estar sumergido en un baño de hielo Nota 3 no se olvide quitar cabeza y dejar cola. En un matraz Erlenmeyer de 25 ml coloque 0.5 g de anhídrido maleico y disuélvalo en 2.5 ml de una mezcla de acetato de etilo–hexano (1:1). A continuación agregue lentamente y con agitación 0.5 ml de ciclopentadieno recién destilado, mantenga la agitación durante 5 minutos. Al aparecer los cristales enfríe el matraz de reacción hasta alcanzar la cristalización total. Filtre y lave los cristales del aducto formado con 2.5 ml de una mezcla fría de acetato de etilo–hexano (1:1), Nota 4 No utilizar exceso de la mezcla acetato de etilo–hexano, guarde una pequeña cantidad del aducto para determinar al final el punto de fusión y calcule el rendimiento del aducto.

Posteriormente coloque el aducto en un matraz Erlenmeyer de 25 ml y mézclelo con 10 ml de agua, en seguida caliente a ebullición durante 15 minutos, manteniendo el volumen de agua,

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adicionando la que sea necesaria. Permita que enfríe a temperatura ambiente y cristalice en hielo, filtre el sólido, determine el rendimiento y punto de fusión del aducto y del diácido obtenido.

PRUEBAS ANALÍTICAS 1. En un frasco vial coloque una pequeña cantidad del aducto obtenido y disuélvalo en una pequeña

cantidad de acetato de etilo, agregue unas gotas de solución de bromo en tetracloruro de carbono. Observe y anote sus resultados, escriba la reacción que se llevó a cabo.

2. Coloque una pequeña cantidad del aducto obtenido, en un frasco vial y disuélvalo con acetato de etilo, agregue unas gotas de una solución de permanganato de potasio-agua. Observe y anote los resultados, escriba la reacción efectuada.

3. Cromatografía en capa fina analítica comparativa. Coloque una pequeña cantidad del diácido obtenido en un frasco vial y disuélvalo con acetato de etilo. De la misma manera disuelva una pequeña cantidad de anhídrido maleico. Aplique las dos muestras en una cromatoplaca y eluya con diclorometano, revele con luz ultravioleta.

CUESTIONARIO

1. ¿Cuál es la toxicidad de las siguientes sustancias: diciclopentadieno, diclorometano, hexano y anhídrido maleico?

2. ¿Cuál es el tratamiento que se les debe de dar a las aguas madres de la hidrólisis? 3. ¿Cómo recuperaría el diácido residual del filtrado?

BIBLIOGRAFÍA

1. R. J. W. Kremlin and R. H. Still, “ Named and miscellaneous reactions in practical Organic Chemistry“, Heinemann Educational Books LTD London, 1967.

2. B.J. Hazzard (Traducción) Organicum Practical Handbook Of Organic Chemistry 1a. Edition, Addison – Wesley Publishing Company, Inv., USA (1973).

3. R. T. Morrison y R. N. Boyd., Química Orgánica, 3ª. Edición, Fondo Educativo Interamericano, S. A. México ( 1976 ).

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REACCION DE DIELS–ALDER OBTENCIÓN DE ANHÍDRIDO–5,6–NORBONENDICARBOXÍLICO

D1: Separar ambos solventes para su recuperación D2: Neutralizar y desechar al drenaje