Universidad Nacional Autónoma de México

Facultad de Química

Laboratorio de Química Orgánica

“ PRACTICA No.10 ISOMERÍA GEOMÉTRICA”

Nombre ClaveLÓPEZ RESYES CHRISTIAN 06TAPIA CARLOS GIOVANNY 15

1. Análisis de la técnica

Para la realización de esta práctica, primero pesamos 1 g de anhídrido maleico, el cual depositamos en un matraz bola de fondo plano. Posteriormente se añadió 2 mL de agua caliente y 2.5 mL de ácido clorhídrico concentrado sin olvidar colocar una barra de agitación magnética- como bien sabemos esto con el fin de evitar proyecciones bruscas durante la ebullición-. Este matraz se colocó sobre una parrilla con agitación y posteriormente se colocó sobre la boca del matraz un refrigerante de agua, el cual colocamos en posición de reflujo- el objetivo de poner el sistema a reflujo es evitar oler los gases que se desprenden en la ebullición, por lo que antes de que alcancen a salir por el refrigerante estos se condensan-, una vez terminado de conectar las mangueras, se enciende el refrigerante de agua y posteriormente se enciende la parrilla. En el momento en el que se presencia la primera gota hacia el matraz se toma el tiempo y al llegar a 20 minutos, se suspende el proceso, retirando el matraz de la parrilla y se deja enfriar, es en este momento cuando notamos la formación de unos pequeños cristales en el fondo del matraz, al observar esto, para recuperar esos cristales, realizamos una cristalización simple, para lo cual utilizamos agua como disolvente ideal.

Para llevar a cabo la cristalización simple, primero añadimos un poco de disolvente ideal en caliente al matraz que contenía nuestra muestra a cristalizar y posteriormente lo dejamos enfriar un poco, para después inducir la cristalización con uno de los métodos vistos anteriormente, nosotros decidimos enfriar en un baño de hielo y raspar las paredes del matraz, una vez hecho esto se filtró al vacío con ayuda de un matraz Kitasato y un embudo Büchner para separar así las aguas madre, una vez que se han separado estas, se coloca sobre el embudo un vidrio de reloj y se espera a que se sequen los cristales.

Finalmente al tener secos los cristales, se pesan y se determina el punto de fusión con ayuda de un aparato de Fisher – Johns (evitando que el aparato de Fisher - Johns sobrepase los 200° C ya que el termómetro podría romperse).

2. Resultados

Materia prima:

Anhídrido maleico

1.0256 g

Producto final:

Ácido fumárico

0.8972 g

Rendimiento de la reacción 0.8972g1.0256g

x100=87.5%

El mecanismo de reacción fue el siguiente:

a) Si se parte del anhídrido maleico (más comercial), ocurre primero una hidrólisis al protonarse un oxígeno y entrar una molécula de agua en el carbono del grupo carboxilo, formándose el ácido correspondiente (ácido maleico, cis).

b) El ácido maleico se protona, lo que provoca un desplazamiento de electrones desde el enlace doble, lo que deja un enlace sencillo, el cual permite el giro inmediatamente, debido a la repulsión entre los grupos carboxilo, adquiriendo ahora forma trans, más estable.

Determinación del punto de fusión

Anhídrido maleico (58-60) ºC

Ácido fumárico 287 ºC*

*El punto de fusión del ácido fumárico se tomó de la bibliografía ya que al ser mayor de 200 ºC se suspendió la determinación en el aparato de Fisher-Johns y así evitar sobrepasar la capacidad de medida del termómetro.

Propiedades Físicas y Químicas del Anhídrido Maleico

Propiedades Físicas y Químicas del Ácido Fumárico

3. Análisis de resultados

Como se observa en los resultados se obtuvo un buen rendimiento de la reacción, con un valor del 87.5%, lo cual indica un buen desarrollo experimental y una perdida mínima del 12.5% cuya perdida puede deberse al trasvase de un matraz a otro durante la cristalización así como al margen de error de las balanzas analíticas.

Ahora bien, el ácido fumárico, el cual se obtuvo a partir de efectuar una hidrólisis e isomerización del anhídrido maleico, en medio ácido, para dar el diácido (cis), que se isomeriza para posteriormente obtener el diácido (trans), para poder explicar lo sucedido es importante observar cómo se da el mecanismo de reacción completo:

El primer paso es una reacción ácido-base entre en hidronio (2) y uno de los pares electrónicos que se encuentra en el orbital sp2 del oxígeno (1), dando lugar al anhídrido protonado (3), el cual sufre una adición nucleofílica por parte del agua formando un intermediario (4), con un carbono sp3 que presenta una alta interacción con el oxígeno; este efectúa una protonación en el oxígeno endocíclico, el cual polariza el enlace C sp3-O+ sp3, que después se rompe (5); la ruptura del ciclo da lugar al ácido maleico protonado (6) en el cual una molécula de agua efectúa un ataque al doble enlace, dando lugar a una adición nucleofílica 1,4 teniendo como consecuencia el cambio de geometría e hibridación del carbono, Csp2 a Csp3(7); es importante resaltar que en este intermediario está presente un enlace σC3-C4, que puede rotar debido a las interacciones espaciales entre el gemdiol y el carboxilo, formando una estructura donde los grupos que anteriormente se encontraban en el mismo lado (7), en la estructura (8) están de lado opuestos, con la finalidad de dar mayor estabilidad al intermediario; el cual elimina una molécula de agua para dar un compuesto más estable ya que los grupos carboxilos se encuentran en lados opuestos; para finalizar, está especie

establece un equilibrio con el compuesto más estable que corresponde al ácido fumárico(10) y el hidronio, especie que es la responsable de catalizar la reacción.

Por otro lado al determinar el punto de fusión de ambos compuestos, esto sólo fue posible con el anhídrido maleico (58-60) ºC, cuyo valor está dentro del intervalo reportando por una fuente de consulta, en el caso del ácido fumárico rebasaba los 200 ºC por lo que fue necesario suspender el proceso y así evitar tronar el bulbo del termómetro, sin embargo el valor que reporta la bibliografía consultada es de 287 ºC.

4. Cuestionario

1. ¿Con qué otra técnica podría saber si obtuvo o no el producto de la reacción?

Por medio de una cromatografía en capa fina.

2. En una isomería cis/trans, ¿cuál de los isómeros es más estable y por qué razón? Es más estable un isómero trans, debido a que hay menor repulsión estérica entre sus sustituyentes.

3. En la isomería E/Z, ¿cuál de los isómeros es más estable y porque razón?El isómero E será más estable respecto al Z debido a que los sustituyentes en E están de distinto lado del doble enlace, por lo que la repulsión estérica es menor confiriendo mayor estabilidad.

4. Dibuje el mecanismo de reacción de las siguientes reacciones:

Respuestas en siguiente página:

1)

2)

5. Con base a los resultados de punto de fusión de la materia prima y del producto, ¿cómo puede saber que obtuvo el producto deseado? Haciendo una comparación de los puntos de fusión determinados con los valores reportados por la bibliografía, aunque en esta ocasión no nos fue posible determinar puntos de fusión mayores a 200 ºC podríamos indagar que se trata del producto deseado, ya que a esta temperatura aún no había indicadores de que fusionara los cristales del producto.

5) Conclusiones

La estereoquímica es el estudio de la estructura tridimensional de las moléculas, donde los isómeros de dividen en dos grandes clases, los isómeros estructurales y los estereoisómeros.

En la práctica realizada se logró el objetivo esencial ya que se realizó una reacción de isomerización que permitiera transformar el anhídrido maleico en ácido fumárico, en la que debido a la orientación espacial distinta provoca que ambas sustancias presenten propiedades físicas, químicas y biológicas notablemente distintas ya que al comparar una de las propiedades más representativas,

difirieron totalmente en el punto de fusión, además es importante mencionar que el ácido fumárico en comparación con el anhídrido maleico tiene más estabilidad, esto se debe a que se trata de un isómero trans, el cual presenta menor impedimento estérico entra los sustituyentes.

El realizar un mecanismo de reacción antes de llevar a cabo alguna reacción con algún reactivo orgánico, nos permitirá saber mejor cómo y por qué ocurre la reacción, así como saber cuáles son los productos esperados que deben obtenerse, esto nos ayuda a que no cometamos algún error y si lo llegamos a tener identificar donde fue donde se presentó dicho error. Para realizar un mecanismo de reacción es importante conocer qué tipo de reacciones se pueden llevar a cabo entre los distintos tipos de compuestos orgánicos.

Podemos concluir que el conocer los distintos tipos de isómeros así como ciertas características de esto nos ayudará a realizar de mejor manera los mecanismos de reacción implicados, los cuales son muy importantes antes de cualquier reacción química con compuestos orgánicos.

6) Bibliografía

Ávila Zárraga José Gustavo, García Manrique Consuelo, QUIMICA ORGÁNICA, Experimentos con un enfoque ecológico, Dirección General de Publicaciones y Fomento Editorial UNAM, Universidad Nacional Autónoma de México, México 2001, pág. 139-142

Consultas en línea en:

<http://paginadeprueba.com.mx/oqc/fichas/OQC/Anhidrido%20Maleico/Hoja%20de%20datos%20de%20seguridad%20para%20materiale%20peligrosos%20Anhidrido%20Maleico.pdf>

<http://www.tecno-productos.com/fichas/ficha_19.pdf>