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Taller de Espectroscopía

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PROGRAMA DE QUÍMICA ORGÁNICA II (1407)

Semestre 2008-2

Práctica Nombre 0 Presentación. Lineamientos de trabajo. Reglamento

de Higiene y Seguridad. 1 Taller de espectroscopia de infrarrojo 2 Reacciones de sustitución electrofílica aromática.

Obtención de p-yodoanilina 3 Reacciones de sustitución nucleofílica aromática.

a) Obtención de 2,4 dinitrofenilhidracina b) Obtención de 2,4 dinitrofenilanilina

4 Oxidación de alcoholes Obtención de n-butiraldehído

5 Obtención de m-nitroanilina a partir de m-dinitrobenceno

6 Derivados halogenados: a) Obtención de cloruro de terbutilo b) Obtención de bromuro de n-butilo

7 Deshidratación de alcoholes. Obtención de ciclohexeno

8 Propiedades de compuestos carbonílicos. Identificación de aldehídos y cetonas.

9 Condensación aldólica. Obtención de dibenzalacetona.

10 Reacciones de esterificación de ácidos carboxílicos. a) Obtención de ácido acetil salicílico por un

proceso de Química Verde b) Obtención de benzoato de fenilo

11 Reacciones de esterificación de ácidos carboxílicos. Obtención de acetato de isoamilo

12 Reacción del Haloformo sobre la acetofenona. Obtención del Ácido Benzoico.

Q. Patricia Elizalde Galván


2

PRÁCTICA

TALLER DE ESPECTROSCOPIA

I. OBJETIVOS

a) Conocer los principios fundamentales que rigen la interacción energía-materia (radiación electromagnética-moléculas) en uno de los métodos espectroscópicos más comunes en Química Orgánica: Infrarrojo (I.R.)

b) Comprender la información contenida en los espectros

correspondientes, a fin de identificar los grupos funcionales más comunes.

c) Manejar las tablas de absorción correspondientes con el fin

de resolver ejemplos sencillos de elucidación estructural de algunos compuestos orgánicos.

II. MATERIAL

Colección de espectros de Infrarrojo.

III. INFORMACIÓN

La espectroscopia es el estudio de la interacción de la radiación con la materia. La radiación electromagnética es una amplia gama de diferentes contenidos energéticos y comprende valores que van desde los rayos cósmicos (1014 cal/mol) hasta la radiofrecuencia (10-6 cal/mol). Toda onda electromagnética está constituida por una onda eléctrica y una onda magnética. Cada onda electromagnética

NaCl, H2O


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posee un valor de energía (E), así como de frecuencia (ν ), longitud de onda ( λ) y un número de ondas ( υ ); los que se relacionan entre sí a través de las siguientes expresiones:

E= h ν ν =c/λ E= h(c/ λ ) υ=1/ λ (en cm-1)

Por otro lado, la energía total de un sistema molecular está dada por: ET = Etrans + Erot + Evibr + Eelectr Donde:

Etrans= Energía de translación, que es la energía cinética que posee una molécula debido a su movimiento de translación en el espacio.

Erot= Energía de rotación, que es la energía cinética que posee

debido a la rotación alrededor de sus ejes que convergen en su centro de masa.

Evibr= Energía de vibración, que es la energía potencial y la

energía cinética que posee debido al movimiento vibracional de sus enlaces.

Eelectr= Energía electrónica, que es la energía potencial y energía

cinética de sus electrones.

ESPECTROSCOPÍA DE INFRARROJO

Es una técnica analítica instrumental que permite conocer los principales grupos funcionales de la estructura molecular de un compuesto.


4

Esta información se obtiene a partir del espectro de absorción de dicho compuesto al haberlo sometido a la acción de la radiación infrarroja en el espectrofotómetro. La región del espectro IR normal queda comprendida entre 2.5μ a 15μ, medido en unidades de longitud de onda, que corresponde a 4000 cm-1 y 666 cm-1 respectivamente si se expresa en número de onda (que es el inverso de la longitud de onda, cm-1) Características de un espectro.- El espectro de infrarrojo de un compuesto es una representación gráfica de los valores de onda (μ) o de frecuencia (cm-1) ante los valores de % de transmitancia (%T). La absorción de radiación IR por un compuesto a una longitud de onda dada, origina un descenso en el %T, lo que se pone de manifiesto en el espectro en forma de un pico o banda de absorción.

4000.0 3000 2000 1500 1000 605.03.910

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40

50

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90

100.0

cm-1

%T

VIBRACION MOLECULAR

Las moléculas poseen movimiento vibracional continuo. Las vibraciones suceden a valores cuantizados de energía. Las frecuencias de vibración de los diferentes enlaces en una molécula dependen de la masa de los átomos involucrados y de la fuerza de unión entre ellos.

En términos generales las vibraciones pueden ser de dos tipos: stretching (estiramiento) y bending (flexión). Las vibraciones stretching son aquellas en las que los átomos de un enlace oscilan alargando y acortando la distancia del mismo sin modificar el eje ni el ángulo de enlace. Las vibraciones bending son aquellas que modifican continuamente el ángulo de enlace.

Simétrica Asimétrica

Vibraciones de estiramiento


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+ + + -

Tijera Sacudida Balanceo Torsión vibraciones de deformación en el plano vibraciones de deformación fuera del plano

Nota: + y - se refieren a vibraciones perpendiculares al plano del

papel.

ABSORCION DE ENERGIA Para que sea posible la absorción de la energía infrarroja por parte de una sustancia, es necesario que la energía que incide sobre ella, sea del mismo valor que la energía de vibración que poseen las moléculas de esa sustancia. Ya que en una molécula existen diferentes átomos que forman distintos enlaces, en el espectro de infrarrojo aparecerán bandas de absorción a distintos valores de frecuencia y de longitud de onda. La región situada ente 1400 y 4000 cm-1, es de especial utilidad para la identificación de la mayoria de los grupos funcionales presentes en las molécular orgánicas. Las absorciones que aparecen en esta zona, proceden fundamentalmente de las vibraciones de estiramiento. La zona situada a la derecha de 1400 cm-1, es por lo general, compleja, debido a que en ella aparecen vibraciones de alargamiento como de flexión. Cada compuesto tiene una absorción característica en esta región, esta parte del especto se denomina como la región de las huellas dactilares.


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ABSORCIONES DE GRUPOS FUNCIONALES EN EL I.R.

HIDROCARBUROS La absorción por alargamiento (stretching) carbono-hidrógeno (C-H), está relacionada con la hibridación del carbono. Csp3 _______ H (-CH, alcanos): 2800-3000 cm-1 Csp2 _______ H (=CH, alquenos): 3000-3300 cm-1 Csp2 _______ H (=CH, aromático): 3030 cm-1 Csp _______ H (=CH, alquinos): 3300 cm-1

ALCANOS

C-H Vibración de alargamiento 3000 cm-1 (3.33μ ) a) En alcanos la absorción ocurre a la derecha de 3000 cm-1. b) Si un compuesto tiene hidrógenos vinílicos, aromáticos o

acetilénicos, la absorción del -CH es a la izquierda de 3000 cm-1

CH2 Los metilenos tienen una absorción característica de 1450-1485 cm-1 (flexión) La banda de 720 cm-1 se presenta cuando hay más de 4 metilenos juntos.

CH3 Los metilos tienen una absorción característica de 1375-1380 cm-1. La banda de 1380 cm-1, característica de metilos se dobletea cuando hay isopropilos o terbutilos, apareciendo también las siguientes señales: 1380 doble 1170 cm-1 1145 cm-1


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1380 doble 1255 cm-1 1210 cm-1

Espectro del heptano mostrando las vibraciones de tensión


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ALQUENOS =C-H Vibración de alargamiento (stretching), ocurre a 3000-

3300 cm-1. C=C Vibración de alargamiento (stretching), en la región de

1600-1675 cm-1, a menudo son bandas débiles. =C-H Vibración de flexión (bending) fuera del plano en la región

de 1000-650 cm-1 (10 a 15μ )


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ALQUINOS ≡C-H Vibración de alargamiento ocurre a 3300 cm-1.

C≡C Vibración de alargamiento cerca de 2150 cm-1. La conjugación desplaza el alargamiento C-C a la derecha.


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AROMÁTICOS

=C-H La absorción por alargamiento es a la izquierda de 3000 cm-1, (3.33μ)

C-H Flexión fuera del plano en la región de 690-900 cm-1 (11.0 - 14.5), este tipo de absorción permite determinar el tipo de sustitución en el anillo. Ver tabla.

C=C Existen absorciones que ocurren en pares a 1600 cm-1 y 1450 cm-1 y son características del anillo aromático.


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ALCOHOLES -OH Vibración de alargamiento. Para un alcohol asociado la

característica es una banda intensa y ancha en la región de 3000-3700 cm-1. Un alcohol monomérico da una banda aguda en 3610-3640 cm-1

C-O Vibración de alargamiento localizada en 1000-1200 cm-1. C-OH Flexión en el plano en 1200-1500 cm-1. C-OH Flexión fuera del plano en 250-650 cm-1 .


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AMINAS N-H Bandas de alargamiento en la zona de 3300-3500 cm-1.

Las aminas primarias tienen dos bandas. Las aminas secundarias tienen una banda, a menudo

débil. Las aminas terciarias no tienen banda de alargamiento

N-H.

C-N La banda de alargamiento es débil y se observa en la zona de 1000-1350 cm-1.

N-H Banda de flexión (tijera) se observa en la zona de 1640-

1560 cm-1, banda ancha. N-H Banda de flexión fuera del plano, que se observa en la

zona de 650-900 cm-1.

COMPUESTOS CARBONILICOS

Los aldehídos, las cetonas, los ácidos carboxílicos y sus derivados, dan la banda del carbonilo, este grupo es uno de los que absorben con una alta intensidad en la región del infrarrojo en la zona de 1850-1650 cm-1.


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Vibraciones de alargamiento de compuestos carbonílicos. Posición de la absorción Tipo de compuesto cm-1 μm Aldehído, RCHO 1720-1740 5.75-5.80 Cetona, RCOR 1705-1750 5.70-5.87 Ácido Carboxílico, RCOOH 1700-1725 5.80-5.88 Éster, RCOOR 1735-1750 5.71-5.76 R= grupo saturado y alifático

ALDEHÍDOS C=O Banda de alargamiento en 1725 cm-1. La conjugación con

dobles ligaduras mueve la absorción a la derecha. C-H Banda de alargamiento del hidrógeno aldehídico en 2750

cm-1 y 2850 cm-1.

CETONAS C=O Banda de alargamiento aproximadamente a 1715 cm-1. La

conjugación mueve la absorción a la derecha.


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Espectro de infrarrojo del butiraldehído

Espectro infrarrojo de la butanona

ÁCIDOS O-H Banda de estiramiento, generalmente muy ancha (debido a

la asociación por puente de hidrógeno) en la zona de 3000- 2500 cm-1, a menudo interfiere con la absorción del C-H.

C=O Banda de estiramiento, ancha, en la zona de 1730-1700 cm-1.


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C-O Banda de estiramiento, fuerte, en la zona de 1320-1210 cm-1.

ÉSTERES C=O Banda de estiramiento cercana a 1735 cm-1 C-O Banda de estiramiento, aparecen 2 bandas o más, una

más fuerte que las otras, en la zona de 1300-1000 cm-1.

Espectro infrarrojo de ácido propiónico

Espectro infrarrojo de acetato de metilo

IV PROCEDIMIENTO En la serie de espectros de infrarrojo que se presentan al final de cada práctica señale las bandas de absorción características que le darán


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la pauta para identificar un compuesto, señale además el tipo de vibración que corresponde a la banda.

V. ANTECEDENTES. Estructura molecular de alcanos, alquenos, alquinos, compuestos aromáticos, alcoholes, aldehídos, cetonas, aminas, ácidos carboxílicos y ésteres.

VI. CUESTIONARIO 1) ¿Cuáles son las principales bandas de absorción para un alcano en

un espectro de IR? 2) ¿Cómo distingue un grupo isopropilo de un grupo terbutilo en un

espectro de IR? 3) Cuándo un alcano tiene más de 4 metilenos en una cadena lineal,

¿cómo se le distingue en un espectro de IR? 4) ¿Cómo distingue un alcano, un alqueno y un alquino en un

espectro de IR? 5) ¿Cómo distingue un aldehído de una cetona en un espectro de

IR? 6) ¿Qué vibraciones características presenta un ácido carboxílico para

localizarlo en un espectro de IR? 7) ¿Qué bandas le dan la pauta para diferenciar un éster de una

cetona? ¿A qué vibración corresponde cada una de ellas 8) ¿Cómo distingue una amina primaria de una secundaria en un

espectro de IR


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VII BIBLIOGRAFIA

a) Fessenden R.J., Fessenden

J.S. Química Orgánica 2a edición. Grupo Ed. Iberoamérica. México (1982).

b) Solomons TWG

Química Orgánica 1a ed. Editorial Limusa, S. A. México (1979).

c) Morrison RT and Boyd RN Química Orgánica 2a ed. Español Fondo Educativo Interamericano México (1985).

d) Dyer, John R.

Application of Absorption Spectroscopy of Organic Compounds. Prentice-Hall Inc, Inglewood Cliffe, N.J. (1965).

e) Nakanishi K, Solomon P.H.

Infrared Absorption Spectroscopy 2nd Ed. Holden-Day Inc. (1977).

f) Conley R. T.

Espectroscopía Infrarroja Ed. Alahambra España(1979


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%T

2960.00

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2874.24

2855.99

1464.42

1379.67

721.43

4000.0 3000 2000 1500 1000 400.0

0.0

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100.0

cm-1

%T

2957.192924.99

2852.58

1464.95

1379.40720.44

1


20

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4000.0 3000 2000 1500 1000 400.0

0.0

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cm-1

%T

2962.50

2875.27

1463.12

1379.911370.23

1126.151038.69

4000.0 3000 2000 1500 1000 400.0

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cm-1

%T 3079.67

2961.98

2927.48 2874.612860.98

1821.10

1640.75

1462.99

1379.95

1295.361103.10

993.51

909.64

741.83

631.67

554.14


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4000.0 3000 2000 1500 1000 400.0

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100.0

cm-1

%T

3015.49

2960.652934.99

2871.39

1658.88

1459.14

1404.931379.50

690.55

4000.0 3000 2000 1500 1000 400.0

0.0

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cm-1

%T

3079.47

3060.03

3025.05

1599.69

1579.95

1495.91

1454.69

965.80 769.28 699.09


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4000.0 3000 2000 1500 1000 400.0

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cm-1

%T

3305.00

2961.19

2871.84

2116.87

1467.48

1433.98

1380.251249.84

644.91

4000.0 3000 2000 1500 1000 400.0

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100.0

cm-1

%T

3085.04

3061.15

3027.49

2920.43

2871.89

1942.001857.71

1802.48

1735.31

1604.33

1495.06

1460.23

1379.83

728.51

694.71

520.55


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4000.0 3000 2000 1500 1000 400.0

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cm-1

%T 3064.60

3016.08

2970.14

2939.872920.90

2877.17

1900.031788.51

1604.71

1495.23

1465.18

1455.36

1384.76

742.29

4000.0 3000 2000 1500 1000 400.0

0.0

10

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100.0

cm-1

%T

3015.82

2920.83

2863.63

1931.461852.47

1770.73

1610.981492.99

1460.22

1377.18

769.19

690.79


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11

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4000.0 3000 2000 1500 1000 400.0

0.0

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100.0

cm-1

%T

3044.92

3019.66

2999.712922.11

2868.17

1890.01

1792.56

1629.92

1515.57

1454.77

1379.35

794.92

4000.0 3000 2000 1500 1000 400.0

0.0

10

20

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100.0

cm-1

%T 3084.73

3057.423021.02

2957.11

2901.38

2865.43

1940.421865.81

1796.04

1739.891667.75

1600.01

1533.80

1494.97

1469.60

1445.00

1393.91

1364.87

1268.29

1201.14

1029.91

759.85694.67


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13

4000.0 3000 2000 1500 1000 605.0

0.0

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100.0

cm-1

%T

3332.05

2926.372856.76

1468.23

1379.83

1122.34

1058.01

720.11

4000.0 3000 2000 1500 1000 400.0

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cm-1

%T

3368.332965.00 2934.04

2878.521461.42

1379.03

1040.23

957.29


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4000.0 3000 2000 1500 1000 400.0

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cm-1

%T

3450.00

3034.082922.85

1593.561493.99

1464.71

1330.33

1242.26

751.61

4000.0 3000 2000 1500 1000 400.0

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cm-1

%T

3507.83

3004.40

2942.832840.36

1617.381507.68

1480.78

1465.041362.70

1284.871240.53

1214.531103.03

1031.07

890.55823.04

764.23716.97


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4000.0 3000 2000 1500 1000 400.0

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%T

2974.46 2859.99

1459.76

1364.771289.04

1067.72911.07

658.42

4000.0 3000 2000 1500 1000 400.0

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%T

3413.45

2962.55

2936.46

2877.73

1713.39

1460.99

1413.99

1377.16

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3468.77

3013.44

2924.99 2858.881743.21

1656.89

1464.14

1374.63

1184.54

1035.98

724.48

4000.0 3000 2000 1500 1000 400.0

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cm-1

%T

3065.05

2957.662929.23

2869.73

1727.45

1599.701579.93

1463.01

1380.39

1273.08

1121.16

1038.53

955.44

739.77

29

4000.0 3000 2000 1500 1000 400.0

0.0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100.0

cm-1

%T

2986.522947.50

1717.50

1466.341416.41

1385.04

1239.37

1078.25

934.46845.94

4000.0 3000 2000 1500 1000 400.0

0.0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100.0

cm-1

%T

3432.54

2966.17

2936.17

2879.90

2810.55

2709.17

1727.34

1460.72

1384.59

21

22

30

4000.0 3000 2000 1500 1000 400.0

0.0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100.0

cm-1

%T

3364.17

3285.79

2928.792854.26

1604.76

1474.191450.24

1389.80 1071.38

840.09

4000.0 3000 2000 1500 1000 400.0

0.0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100.0

cm-1

%T

3372.03

3021.99

2888.33

2797.66

1598.161512.96

1446.171420.42

1318.69

1259.80

1175.68

1149.77

1068.92

985.78868.31

749.62690.60 24

23

31

PRÁCTICA

Reacciones de Sustitución Electrofílica Aromática. Obtención de p-yodoanilina

I. OBJETIVOS

Conocer una reacción de sustitución electrofílica aromática.

Efectuar una reacción que permita obtener un halogenuro de arilo.

Observar el efecto activante del grupo amino en el anillo aromático ante una sustitución electrofílica aromática, al reaccionar con un halógeno poco reactivo (I2).

REACCIÓN:

NH2

+ I2NaHCO3

H2O

NH2

I

+ NaI + CO2 + H2O

2

32

Anilina Yodo Bicarbonato de sodio

p-yodoanilina

Masa molar (g/mol)

93.13 253.81 84.01 219.89

Volúmen (mL) 1.2 Densidad g/mL

Masa (g) 1.224 2.7 1.5 Cantidad de

sustancia (mol)

II. MATERIAL

Vidrio de reloj 1 Agitador magnético 1 Termómetro de -10 a 400°C 1 Barra magnética 1 Recipiente eléctrico baño maría 1 Recipiente de peltre 1 Embudo Buchner con alargadera y manguera

1 Frascos viales 2

Matraz erlenmeyer 125 mL 1 Embudo de vidrio 1 Probeta graduada de 25 mL 1 Matraz kitazato 1 Vaso de precipitados de 100 mL 1 Espátula 1 Vaso de precipitados de 250 mL 1 Pinza de 3 dedos c/nuez 1

III. SUSTANCIAS

Cantidad Cantidad Anilina 1.2 mL Etanol 1 mL Hexano 60 mL Bicarbonato de

sodio 1.5 g

Acetato de etilo 1 mL Yodo metálico 2.7 g Sílica gel 2 g

33

IV. INFORMACIÓN

El presente es un caso de una sustitución electrofílica aromática (SEA). El yodo constituye el electrófilo, el cual es atacado por el anillo aromático para producir el intermediario sigma con carga positiva. El grupo amino en la anilina es un activador dl anillo aromático, de ahí que su velocidad de reacción sea superior a la del benceno y además es un orientador orto y para. Solo se observa el ataque del anillo aromático en la posición para, debido a que la molécula de yodo permite una interacción estérica con la amina, la cual por su geometría (tetrahédrica), impide un acercamiento a las posiciones vecinas (orto).

V. PROCEDIMIENTO

En un matraz erlenmeyer de 125 mL, mezcle 1.5 g de bicarbonato de sodio, 20 mL de agua destilada y 1.2 mL de anilina. Enfríe exteriormente por medio de un baño de agua-hielo, tratando de mantener una temperatura entre 12-15°C. Usando el agitador magnético, agite constantemente y añada 2.7 g de yodo metálico (nota 1) en pequeñas porciones, de manera que la adición dure 15 min. Una vez terminada la adición, continúe la agitación durante 20 min., manteniendo la temperatura entre 12-15°C. Se observa la formación de una emulsión café oscuro y el desprendimiento de CO2. Deje la mezcla de reacción a temperatura ambiente por 10 min. Después de éste tiempo la reacción es completa y se observa un precipitado café oscuro (nota 2) y el desprendimiento de CO2 ha cesado. Filtre el precipitado al vacío y lávelo con tres porciones de de 20 mL de agua destilada. Para recristalizar el producto, coloque el sólido en un matraz erlenmeyer de 125 mL y agregue 40 mL de hexano, hierva a baño maría por 5 min., manteniendo el volumen constante. Posteriormente agregue 0.1 g de carbón activado (para decolorar la

34

solución) y vuelva a hervir. Filtre en caliente y lave el residuo con 5 mL más de hexano. Coloque el filtrado en un baño de hielo hasta que el producto precipite y vuelva a filtrar el precipitado al vacío (nota 3). Pese el producto, determine el rendimiento y el punto de fusión. Realice una cromatografía en placa fina, comparando la anilina con el producto, para lo cual coloque una pequeña cantidad del sólido obtenido en un frasco vial y disuélvalo con una pequeña cantidad de etanol. Haga lo mismo con una pequeña cantidad de anilina. Aplique las muestras en una cromatoplaca y eluya con una mezcla de hexano-acetato de etilo (1:1). Revele con luz ultravioleta.

Notas: 1) El yodo se pesa en un frasco vial y se mantiene tapado. 2) Se forma un aceite oscuro que se va convirtiendo en precipitado a medida

que transcurre el tiempo. 3) La filtración debe hacerse lo más rápidamente posible para evitar que el

aire circule a través de los cristales por un tiempo prolongado porque el producto se oxida fácilmente.

VI. ANTECEDENTES

1. Sustitución electrofílica aromática. 2. Métodos de obtención de halogenuros de arilo. 3. Mecanismo de reacción y efecto de los sustituyentes. 4. Propiedades físicas, químicas y toxicidad de reactivos y

productos.

VII. CUESTIONARIO

1) ¿Qué efecto tiene el grupo amino de la anilina en una reacción de sustitución electrofílica aromática?

2) ¿Cuál es el electrófilo? 3) ¿Cuál es la función del bicarbonato de sodio en ésta reacción?

35

4) De acuerdo a sus propiedades físicas, ¿de que otra manera se puede purificar la p-yodoanilina además de la recristalización?

5) Asigne las bandas principales presentes en los espectros de I.R. a los grupos funcionales de reactivos y productos.

ESPECTROS DE I.R.

36

VIII. BIBLIOGRAFÍA. Blatt., Organic Síntesis. Coll. Vol. II, John Wiley and Sons, EU, 1943, p. 347. Hogdson, H. y Marsden, E.J., J. Chem Soc., EU, 1937, p. 1365. Vogel, Textbook of Practical Organic Chemistry, 4ª. Ed., Longman, Londres, Inglaterra, 1978.

37

OBTENCIÓN DE p-YODOANILINA

D1: Recupere el NaI D2: Lave el carbón activado con una solución de NaHCO3 al 10% y confine para incinerar. La solución se desecha al drenaje. D3: Si el hexano es una cantidad considerable, se puede recuperar. El sólido se puede emplear para análisis elemental orgánico.

Anilina, agua, NaHCO3

• Enfriar (12-15°C) • Agregar I2 • Agitar • Reposar 10 min • Filtrar a temperatura ambiente • Lavar con agua

NaI p-yodo anilina

Sólido Solución

• Agregar hexano • Calentar a baño María • Agregar carbón activado • Filtrar

Sólido Solución

Carbón activado con trazas de p-I anilina

p-I anilina + hexano

• Enfriar • Filtrar

Hexano con trazas de p-I anilina

p-I anilina

Lavar el sólido con hexano y juntar el líquido con la solución

D2

D1

D3

38

PRÁCTICA SUSTITUCIÓN NUCLEOFÍLICA AROMÁTICA SINTESIS DE 2,4-DINITROFENIL HIDRAZINA Y 2,4-DINITROFENIL ANILINA I. OBJETIVOS

a) Obtener la 2,4-dinitro fenil hidrazina y la 2,4-dinitrofenil anilina,

mediante reacciones sustitución nucleofílica aromática. b) Analizar las características de los compuestos aromáticos

susceptibles de reaccionar a través de reacciones de sustitución nucleofílica aromática

c) Buscar la aplicación de estos compuestos REACCIONES

ClNO2

NO2

NHNO2

NO2

NH2

NH2

NO2

NH

O2N

ClNO2

NO2

NH2 NH2

+ HCl

+ HCl

3

39

2,4-dinitrocloro-

benceno

Hidrato de hidracina

Anilina

2,4-dinitrofenilhi-

dracina

2,4- dinitrofenil-

anilina Masa molar (g/mol)

202.5 50 93 198 259

Densidad (g/mL)

1.029 1.022

Volúmen (mL)

0.7 0.7

Peso (g)

Moles

Punto de fusion (°C)

197-200 157

II. MATERIAL Agitador de vidrio 1 Espátula 1 Vaso de pp. de150 mL 1 Vidrio de reloj 1 Probeta de 25 mL 1 Baño de agua eléctrico 1 Buchner c/alargadera 1 Recipiente de peltre 1 Kitasato de 250 mL c/manguera

1 Pinzas de 3 dedos con nuez

1

Matraz Erlenmeyer de 50 mL 1 Pipeta graduada de 5 mL 1 Cámara para cromatografía 1 Porta objetos 2 Termómetro de -10 a 400 ºC 1 Par de guantes de hule 1 III. REACTIVOS 2,4-dinitro clorobenceno 0.5 g Etanol 30 mL Hidrato de hidrazina 0.7 mL Anilina 0.5 mL Hexano 10 mL Acetato de Etilo 10 mL

40

IV. INFORMACIÓN Los nucleófilos pueden desplazar los iones haluro de los haluros de arilo, sobre todo si hay grupos orto o para respecto al haluro que sean fuertemente sustractores de electrones. Como un grupo saliente del anillo aromático es sustituido por un nucleófilo, a este tipo de reacciones se les denomina sustituciones nucleofílicas aromáticas (SNAr). V. PROCEDIMIENTO SÍNTESIS DE 2,4-DINITROFENIL HIDRAZINA En un matraz erlenmeyer de 50 mL disuelva 0.5 g de 2,4-dinitroclorobenceno en 5 mL de etanol de 96 % tibio. Con agitación constante agregue gota a gota 0.7 mL de hidrato de hidrazina. Al terminar la adición, caliente la mezcla (sin que hierva) por 10 min. Enfríe y filtre al vacío, el precipitado se lava en el mismo embudo con 3 mL de agua caliente y luego con 3 mL de alcohol tibio. Seque al vacío pese y calcule el rendimiento. Determine punto de fusión y cromatoplaca. SÍNTESIS DE 2,4-DINITROFENIL ANILINA Coloque en un matraz erlenmyer de 50 ml, 10 ml de etanol, 0.5 g de 2,4-dinitroclorobenceno y 0.5 mL de anilina sin dejar de agitar. Caliente la mezcla de reacción en baño maría durante 15 minutos sin llegar a la ebullición y agitando constantemente. Enfríe y filtre el sólido formado con ayuda de vacío. Recristalice de etanol, filtre y seque el producto, pese y calcule el rendimiento. Determine punto de fusión y cromatoplaca para determinar la pureza del producto.

41

VI. ANTECEDENTES

1. Sustitución nucleofílica aromática, condiciones necesarias para que se efectúe.

2. Comparación de estas condiciones con las que se requieren para efectuar una sustitución electrofílica aromática.

3. Utilidad de la sustitución nucleofílica aromática. 4. Diferencias con la sustitución nucleofílica alifática. 5. Toxicidad de reactivos y productos.

VII. CUESTIONARIO

1. ¿Qué sustituyentes facilitan la sustitución nucleofílica aromática

(SNA)? Explique su respuesta. 2. ¿Cómo se pueden preparar los halogenuros de arilo? Escriba

las reacciones. 3. ¿Por qué la anilina es menos reactiva que la hidrazina en la

SNA? ¿A qué lo atribuye? 4. Escriba las formas resonantes del 2,4-dinitro clorobenceno y

proponga el mecanismo de la sustitución nucleofílica aromática que se lleva a cabo en la práctica.

5. Escriba la fórmula de tres compuestos que puedan ser susceptibles de sufrir una sustitución nucleofílica aromática fundamente su elección.

6. ¿Por qué el 2,4 dinitro clorobenceno es irritante a la piel, las mucosas y a los ojos.?

42

ESPECTROS DE I.R.

44

VIII. BIBLIOGRAFÍA

1) Vogel, A.I., Elementary Practical Organic Chemistry, Part 1, Small Scale Preparations, 2a. Ed., 3a. reimp. Longman. Londres, Inglaterra, 1970, p.308.

2) Morrison, R.T.y Boyd, R.N., Química Orgánica, Fondo

Educativo Interamericano, S.A., México, 1992.

3) Gould, E.S. Mecanismos y estructura en Química Orgánica, Holt, Rinehart and Winston, U.S.A. 1959, p.452.

4) Bruise, Paula Yurkanis, Organic Chemistry, Prentice-Hall, EU,

1995, pp. 614-618, 929.

5) Carey, Francis A., y Sundberg, Richard J., Advanced Organic Chemistry, Plenum Press, EU, 1990, pp. 579-587.

6) Helmkamp, G.K. u Johnson, Jr. H.W., Selected Experiments in

Organic Chemistry, Freeman y Co., Londres, Inglaterra, 1964, p. 108.

7) Wade, Jr. L. Química Orgánica, Prentice-Hall, Hispano-

americana, México, 1993. pp. 202-203. 795.

45

Obtención de 2,4-dinitrofenilhidracina

2,4-dinitroclorobencenoEtanol

1) Agitar2) Hidrato de hidracina3) Calentar4) Enfriar y filtrar

2,4-dinitroclorobencenoEtanol, hidracina

2,4-dinitrofenilhidracina

LíquidoSólido

D1

D1: ¡residuo tóxico! Puede contener 2,4-dinitroclorobenceno, se adsorbe por vía oral, cutánea o respiratoria.El hidrato de hidracina es corrosivo y puede causar cáncer en animales. Evite usar exceso de este reactivo cuandohaga la mezcla de reacción. Guarde el desecho para enviar a incineración. Si la hidracina (o sus derivados) no está mezclada con otros residuos, puede tratarse con hipoclorito de sodio.

46

Obtención de 2,4-dinitrofenilanilina

2,4-dinitroclorobencenoEtanol

1) Agitar2) Anilina3) Calentar4) Enfriar y filtrar

2,4-dinitroclorobencenoEtanol, anilina

2,4-dinitrofenilanilina

LíquidoSólido

D1

D1:el residuo puede contener compuestos tóxicos e irritantes. Manéjese en la campana. La soluciónpuede absorberse sobre carbón activado hasta la eliminación del color. La solución incolora con-tiene etanol, si la cantidad es grande, puede recuperarse por destilación. Si es muy poca, puededesecharse por el drenaje. El residuo del carbón activado se confina para incineración.

47

PRÁCTICA

OXIDACION DE n-BUTANOL A n-BUTIRALDEHÍDO I. OBJETIVOS

a) Ejemplificar un método para obtener aldehídos alifáticos mediante la oxidación de alcoholes.

b) Formar un derivado sencillo del aldehído obtenido para

caracterizarlo.

REACCIÓN

OH

K2Cr2O7

H2SO43 3 O + 3H2O

n-butanol n.butiraldehído

Volúmen ( ml) 1.6 Densidad ( g/ml) 0.810 0.800 Masa molar (g/mol) 74.12 72.11 Punto de ebullición (°C) 117.7 75

II. MATERIAL • Matraz pera de dos bocas de

50 ml 1 • Matraz Erlenmeyer 50 ml 1

• Refrigerante c/mangueras 1 • Matraz Kitazato c/manguera 1

44

48

• Embudo de filtración rápida 1 • Mechero Bunsen 1• Embudo de separación c/tapón 1 • Tela alambre c/asbesto 1• Anillo metálico 1 • "T" de destilación 1• Espátula 1 • Colector 1• Tubos de ensaye 2 • Porta-termómetro 1• Pinzas de tres dedos c/nuez 3 • Probeta graduada 25 ml 1• Pinzas para tubo de ensayo • Vidrio de reloj

1 1

• Termómetro -10 a 400o C. 1

• Recipiente de peltre 1 • Vaso de precipitados 150 ml 1• Matraz Erlenmeyer 125 ml 1 • Vaso de precipitados 250 ml 1• Embudo Büchner c/alargadera 1 • Columna Vigreaux 1• Pipeta graduada 5 ml 2 • Resistencia eléctrica 1

III. SUSTANCIAS • Dicromato de potasio 1.9 g • Ácido sulfúrico conc. 2.0 ml• Solución de

2 4- dinitrofenilhidrazina 0.5 ml • Etanol

• n-butanol 2.0 ml1.6 ml

IV. INFORMACIÓN

a) La oxidación de alcoholes a aldehídos o cetonas es una reacción muy útil. El ácido crómico y diversos complejos de CrO3 son los reactivos más útiles en los procesos de oxidación en el laboratorio.

b) En el mecanismo de eliminación con ácido crómico se forma

inicialmente un ester crómico el cual experimenta después una eliminación 1,2 produciendo el doble enlace del grupo carbonilo.

c) Los aldehídos son compuestos con punto de ebullición menor

que el de los alcoholes y de los ácidos carboxílicos con peso molecular semejantes.

49

V. PROCEDIMIENTO

A un matraz pera de dos bocas de 50 ml de capacidad adapte por una de ellas, un embudo de adición y por la otra un sistema de destilación fraccionada con una columna Vigreaux. En un vaso de precipitados disuelva 1.2 g de dicromato de potasio dihidratado en 12.5 ml de agua, añada cuidadosamente y con agitación 1.3 ml de ácido sulfúrico concentrado (Nota 1) Adicione 1.6 ml de n-butanol al matraz pera, en el embudo de separación coloque la solución de dicromato de potasio-ácido sulfúrico. Agregue cuerpos de ebullición y caliente el n-butanol con flama suave usando un baño de aire, de manera que los vapores del alcohol lleguen a la columna de fraccionamiento. Agregue entonces, gota a gota, la solución de dicromato de potasio-ácido sulfúrico en un lapso de 15 minutos (Nota 2), de manera que la temperatura en la parte superior de la columna no exceda de 80-85oC (Nota 3) Cuando se ha añadido todo el agente oxidante continúe calentando la mezcla suavemente por 15 min. más y colecte la fracción que destila abajo de los 90oC (Nota 4) Pase el destilado a un embudo de separación (limpio), decante la fase acuosa y mida el volumen del n- butiraldehído obtenido para calcular el rendimiento. Agregue dos gotas del producto a 0.5 ml de una solución de 2,4- dinitrofenilhidrazina en un tubo de ensayo y agite vigorosamente; al dejar reposar precipita el derivado del aldehído el cual puede purificar por cristalización de etanol-agua. El punto de fusión reportado para la 2,4-dinitrofenilhidrazona del n-butiraldehído es de 122oC.

50

NOTAS 1) ¡PRECAUCION! La reacción es exotérmica. Cuando se enfría la

solución, el dicromato cristaliza, de ser así, caliente suavemente con flama y pásela al embudo de separación en caliente. Continúe con la técnica.

2) Más o menos dos gotas por segundo. 3) La oxidación del alcohol se efectúa con producción de calor, pero puede

ser necesario calentar la mezcla de vez en cuando para que la temperatura no baje de 75oC.

4) La probeta en la que reciba el destilado debe estar en baño de hielo.

VI. ANTECEDENTES a) Oxidación. Diferentes agentes oxidantes. Acción sobre

alcoholes y grupo carbonilo de aldehídos y cetonas. b) Métodos de obtención de aldehídos y cetonas. c) Propiedades físicas, químicas y toxicidad de los reactivos y

productos. d) Principales derivados de aldehídos y cetonas usados para su

caracterización (reactivos y reacciones).

VII. CUESTIONARIO

1) ¿Cuál es la finalidad de hacer la mezcla de dicromato de potasio, agua y ácido sulfúrico?

2) Explique como evita que el butiraldehido obtenido en la

práctica se oxide al ácido butírico. 3) ¿Cómo puede comprobar que obtuvo butiraldehído en la

práctica? 4) ¿Cómo deben desecharse los residuos de sales de cromo? 5) Asigne las bandas principales presentes en los espectros de

I.R. a los grupos funcionales de reactivos y productos.

51

Espectros de I.R. a) n-butanol

4000.0 3000 2000 1500 1000 500 295.010.2

20

30

40

50

60

70

80

90

100.0

cm-1

%T

3347.50 2942.501464.07

1379.43

1214.52

1112.03

1072.211042.33

989.69

950.32

899.44

844.91734.91

645.00

b) butiraldehído

4000.0 3000 2000 1500 1000 600.04.410

20

30

40

50

60

70

80

90

100.0

cm-1

%T

3432.38

2966.172879.91

2709.28

1727.34

1460.71

1384.58

1145.22

52

VII. BIBLIOGRAFÍA

a) Vogel, A.I. A textbook of Practical Organic Chemistry. 5a. Edición , Longmans Scientifical and Technical, NY, (1989).

b) R.T. Morrison y R.N. Boyd. Química Orgánica 2a. Edición Fondo Educativo Interamericano S.A. México (1985). c) Brieger, G. Química Orgánica Moderna Curso Práctico de Laboratorio Ediciones del Castillo, S.A. Madrid(1970).

53

n-Butanol

Mezcla dereacción

OXIDACIÓN DE n-BUTANOL A n-BUTIRALDEHIDO

Sales de cromo ButiraldehídoH2O

2) Destilar. a 90ºC.

D1

K2Cr2O7/H2SO4

3) Separar.

D2

2,4-dinitrofe-nilhidrazona

D3

H2O

FASE ACUOSA

BUTIRALDEHÍDO

1) Calentar a ebull ición.

(goteo)

FASE ORGÁNICA

4) Tomar muestra. + 2,4-dinitrofenilhidrazina

D1: Agregar bisulfito de sodio (s), para pasar todo el Cr6+ a Cr3+(Hacer esto en la campana). Precipitar con legía de sosa. Filtrar el precipitado (Cr(OH)3). Repetir la operación hasta no tener precipitado. La solución debe neutralizarse para ser desechada por el drenaje. El hidróxido debe mandarse a confina- miento controlado.

D2: Desechese por el drenaje.

D3: Filtrar. Mandar sólidos a incinerar. Tratar el líquido con carbón activado hasta la elimi- nación del color naranja.

DESTILADORESIDUO

54

PRÁCTICA OBTENCION DE LA meta-NITROANILINA I. OBJETIVOS:

1. Efectuar una reducción selectiva de un grupo nitro del meta-dinitrobenceno, para obtener la meta-nitroanilina.

2. Realizar la separación y la purificación de una amina con base a sus propiedades ácido-base.

REACCIÓN:

NO2

NO2

NH2

NO2

1) S8, NaOH

NaOH, 55°C2) HCl3) NaOH

m-dinitrobenceno m-nitroanilina Masa molar (g/mol)) 168 138

Peso (g) 1.0 0.8216 Moles

Punto de fusión (°C)

55

55

II. MATERIAL Matraz bola de fondo plano

de 125 mL 1 Espátula 1

Matraz erlenmeyer de 125 mL

2 Vidrio de reloj 1

Agitador de vidrio 1 Barra de agitación 1 Matraz kitazato 250 mL

c/manguera Vaso de pp. 50 mL 1

Pinza de 3 dedos con nuez 2 Probeta de 25 mL 1 Parrilla de agitación

c/calentamiento Embudo buchner

c/alargadera 1

Embudo de vidrio de tallo corto

1 Refrigerante p/agua

T de destilación 1 Tapón Quickfit 1 Colector 1

III. SUSTANCIAS

Meta-dinitrobenceno 1.00 g Hidróxido de sodio 0.85 g

Azufre 1.7 g Etanol 20 mL

Solución de ácido clorhídrico (20%) 10 mL Solución de hidróxido de sodio (30%) 20 mL

Carbón activado 5 g IV. INFORMACIÓN a) La reducción de un grupo nitro a un grupo amino supone la

reducción de un átomo de nitrógeno desde su estado de oxidación mas alto al mas bajo.

56

b) Es el método más útil para preparar aminas, porque utiliza materias primas fáciles de adquirir y genera el tipo mas importante de aminas: las aminas primarias aromáticas.

c) La reducción catalítica o mediante cloruro estannoso son las mas utilizadas en el laboratorio.

d) Las aminas aromáticas primarias resultantes de la reducción de estos nitrocompuestos se convierten, sin mayores problemas en sales de diazonio. A su vez el grupo diazo de estas sales es reemplazable por una gran variedad de otros grupos.

V. PROCEDIMIENTO: En un matraz bola de 125 mL adicionar 1.00 g de meta-dinitrobenceno, 1.7 g de azufre en polvo y una solución de hidróxido de sodio en una mezcla de etanol-agua (se disuelven 0.85 g de Na OH en 7.5 mL de agua y 7.5 mL de etanol). Se adapta un refrigerante de agua en posición de reflujo y se calienta con agitación magnética durante 45 min. Terminado el tiempo de calentamiento, se adapta un equipo de destilación simple y se destila el etanol. Una vez destilado el etanol, la mezcla de reacción se vierte sobre un vaso de precipitados de 50 mL que contenga 5 mL de una solución de ácido clorhídrico al 20% (compruebe que el pH de la mezcla de reacción sea de 1). La mezcla de reacción se filtra por gravedad y al filtrado, bajo agitación se le adiciona una solución de hidróxido de sodio al 30% hasta que la solución tenga un pH básico (compruebe que el pH de la mezcla de reacción sea de 8-9). Se obtiene un precipitado el cual se aísla por filtración al vacío y se recristaliza de agua, hirviendo con carbón activado. La meta-nitroanilina pura se filtra al vacío y se deja secar, se pesa y se determina el rendimiento y el punto de fusión. VI. ANTECEDENTES

1. Diferentes agentes reductores para obtener aminas a partir de derivados nitrados.

2. Agentes reductores selectivos de grupos nitro mas empleados en el laboratorio.

3. Importancia de esta reacción como método preparativo de aminas.

57

4. Reducción de derivados nitrados en medio básico y productos que se pueden aislar en esta reducción.

5. Efecto de los sustituyentes en la regioselectividad de la reducción selectiva de compuestos polinitrados.

6. Toxicidad de reactivos y productos. VII. CUESTIONARIO

1. ¿De que manera eliminó el m-dinitrobenceno que no reaccionó?

2. ¿Cómo eliminó el azufre que se produjo en el seno de la reacción?

3. ¿Cómo regeneró al final la amina ya purificada? 4. ¿Qué le sucedería a Ud. si permanece en contacto directo

prolongado con la m-nitroanilina? 5. ¿Es tóxico el m- dinitrobenceno? 6. ¿Qué pH tienen los efluentes líquidos de la reacción? 7. ¿Qué tratamiento les daría para desecharlos en el drenaje?

ESPECTROS DE I.R.

59

Obtención de m-nitroanilina

m-dinitrobenceno +azufre en polvo +sol. NaOH + EtOH + H2O

• Calentar 45 min. • Destilar el EtOH • Verter en HCl 20%• Filtrar

m-dinitrobenceno + S

Mezcla de reacción

Agregar NaOH 30% a pH 8-9

NaCl + agua m-nitroanilina

sólido líquido

líquido sólido

1)Recristalizar de agua con carbón activado 2)Filtrar en caliente 3) Enfriar

sólido líquido

Aguam-nitroanilina pura

D1

D2

sólido

D3

60

VIII. BIBLIOGRAFIA Allinger, N.L. et al., Química Orgánica, Reverté, España, 1975, Org. React. 20, p. 455-481. Kremlin, R.J.W. y Still, R.H., Named and Miscellaneous Reactions in Practical Organic Chemistry, Heinemann Educational Books, Londres, Inglaterra, 1967. Fieser. Louis F. y Williamson, Kenneth. Organic Experiments, D.C. Heath and Company, EU, 1992, p. 596. Roberts, J.D. y Caserio, M.C., Basic Principles ln Organic Chemistry. W.A. Benjamin, California, EU, 1964. Solomons, T.W. Graham. Fundamentals of Organic Chemistry, John Wiley and Sons, EU, 1964, pp. 635-639, 787, 798-799. Vogel, A.I., Textbook of Practical Organic Chemistry, 3a. ed. Longman, Londres, Inglaterra, 1970, pp. 563-574. Wade, Jr. L.C., Química Orgánica, Prentice-Hall Hispanoamericana, México, 1993, p. 912. Weiss, H.; Journal of Chemical Education, 1966, 43, 384-385.

61

PRÁCTICA

DERIVADOS HALOGENADOS

OBTENCIÓN DE CLORURO DE TERBUTILO

I. OBJETIVOS

a) Conocer la preparación de un halogenuro de alquilo terciario a partir del alcohol correspondiente, mediante una reacción de sustitución nucleofílica. b) Preparar el cloruro de terbutilo por la reacción de terbutanol con ácido clorhídrico concentrado en presencia de cloruro de calcio anhídro, aislar y purificar por destilación el producto de la reacción.

REACCIÓN:

H2O+HCl+ C Cl

CH3

CH3

CH3C OH

CH3

CH3

CH3

Terbutanol Cloruro de terbutilo

Volúmen (mL) 6 Densidad (g/mol) 0.786 0.851 Masa molar (g/mol) 74.12 92.57 Punto de Ebullición (°C) 83 51-52

6A

62

II. MATERIAL • Embudo de separación

c/tapón 1 • Matraz pera de una

boca 50 ml 1

• Porta-termómetro 1 • "T" de destilación 1 • Recipiente de peltre 1 • Refrigerante

c/mangueras 1

• Termómetro -10 a 400o C.

1 • Colector 1

• Vaso de precipitados 250 ml

1 • Probeta graduada 25 ml

1

• Espátula 1 • Matraz Erlenmeyer 50 ml

1

• Resistencia eléctrica 1 • Pinzas de tres dedos c/nuez

3

• Tapón de corcho (#5) 1 • Matraz erlenmeyer 125 mL

1

III. SUSTANCIAS • Alcohol terbutílico 6 ml • Sol de carbonato de

sodio al 10% 10 ml

• Cloruro de calcio 2 g • Agua destilada 40 ml • Ácido clorhídrico

conc. 18 ml • Sulfato de sodio

anhidro 1 g

IV. INFORMACIÓN

La conversión de alcoholes en cloruros de alquilo se puede efectuar por varios procedimientos. Con alcoholes primarios y secundarios se usan frecuentemente cloruro de tionilo y halogenuros de fósforo; también se pueden obtener calentando el alcohol con ácido clorhídrico concentrado y cloruro de zinc

63

anhídro. Los alcoholes terciarios se convierten al halogenuro de alquilo con ácido clorhídrico solo y en algunos casos sin calentamiento.

V. PROCEDIMIENTO

Coloque en un matraz erlenmeyer de 125 ml con tapón: 6 ml de terbutanol, 18 ml de ácido clorhídrico, 2.0 g de cloruro de calcio y mézclelos con agitación vigorosa durante 15 minutos. Transfiera el contenido del matraz a un embudo de separación, deje reposar hasta la separación de fases, elimine la capa inferior (Nota 1), lave dos veces el cloruro de ter-butilo formado con una solución de carbonato de sodio al 10% (5 ml cada vez) (Nota 2). Seque el cloruro de ter-butilo con sulfato de sodio anhídro y purifíquelo por destilación simple (Nota 3). Recoja la fracción que destila entre 42-45o C.

Notas:

1.- La fase inferior corresponde al HCl residual. 2.- Durante los lavados el cloruro de ter-butilo queda en la fase superior.

Consulte la densidad del cloruro de ter-butilo. 3.- Use un sistema de destilación sencilla, caliente el matraz sumergido en

un baño maría. Reciba el destilado en un matraz con un baño de hielo.

VI. ANTECEDENTES

1. -Obtención de halogenuros de alquilo. 2.- Propiedades físicas, químicas y toxicidad de los reactivos y

productos. 3.- Mecanismo de SN1. 4.- Mecanismo de SN2 5.- Comparación de los mecanismos de SN1 y SN2. 6.- Estudio de las reacciones de equilibrio.

64

VII. CUESTIONARIO

1. ¿Cuál es el mecanismo de reacción para la obtención del cloruro de terbutilo?

2. Consulte la toxicidad del terbutanol, ácido clorhídrico y del cloruro de terbutilo.

3. Los residuos de la reacción contienen agua, cloruro de calcio y terbutanol. ¿Qué es necesario hacer antes de desecharlos por el drenaje?

4. Asigne las bandas principales presentes en los espectros de I.R. a los grupos funcionales de reactivos y productos.

Espectros de I.R. a) Ter-butanol

4000.0 3000 2000 1500 1000 450.03.810

20

30

40

50

60

70

80

90

100.0

cm-1

%T

3371.92 2972.94

2567.101656.87

1472.14

1381.331364.66

1239.19

1202.01

1022.28

913.43

749.25

645.77

466.11

65

a) Cloruro de ter-butilo

VIII. BIBLIOGRAFÍA

1.-Morrison R.T. y Boyd R.N. Química Orgánica. 2ª Edición Fondo Educativo Interamericano. México (1985). 2.-Brewster R.Q. y Vander Werf C.A. Curso Práctico de Química Orgánica. 2a ed. Edit. Alhambra. Madrid, España (1970). 3.-Moore A.J. y Dalrymple D.L. Experimental Methods in Organic Chemistry.2a ed. W.B. Saunders Company.

U.S.A. (1976).

4000.0 3000 2000 1500 1000 450.02.010

20

30

40

50

60

70

80

90

100.0

cm-1

%T

2960.37 2933.80

2873.55

1438.05

1380.11

1261.721216.12

866.70

66

OBTENCIÓN DE CLORURO DE TERBUTILO

Terbutanol HCl, CaCl2

1. Agitar 15‘ 2. Separar fases

ACUOSA ORGANICA

HCl

D1

Cloruro de terbutilo, Agua, HCl

3. Lavar con Na2CO3

ORGANICA ACUOSA

H2O NaCl

D2

4. Secar con Na2SO4

LÍQUIDO SÓLIDO

Na2SO4 H2O

Cloruro de terbutilo

5. Destilar RESIDUO DESTILADO

Cloruro de terbutilo

Residuos destilado

D4

D3

D1, D3: Checar pH, neutralizar y desechar por el drenaje. D2: Si contiene terbutanol, destilar el agua y mandar el residuo a incineración. D4: Mandar a incineración.

67

PRÁCTICA DERIVADOS HALOGENADOS OBTENCIÓN DE BROMURO DE n-BUTILO

I. OBJETIVOS

a) Obtención de un halogenuro de alquilo primario a partir de un alcohol primario mediante una reacción de sustitución nucleofílica. b) Investigar el mecanismo y las reacciones competitivas que ocurren durante la reacción.

REACCIÓN

+ NaHSO4H2SO4NaBr BrOHH + ++ H2O

Butanol Bromuro de n-butilo Masa molar (g/mol) 74.12 137.03 Densidad (g/mL) 0.810 1.276 Peso (g) 8.1 Punto de ebullición (°C) 117.7 II. MATERIAL • Agitador de vidrio 1 • Porta-termómetro 1 • Anillo metálico 1 • Probeta graduada 25 ml 1

6B

68

• Columna Vigreaux 1 • Recipiente de peltre 1 • Embudo de adición c/tapón 1 • Refrigerante c/mangueras 1 • Espátula 1 • "T" de destilación 1 • Manguera de hule

p/conexión 1 • Tapón p/Erlenmeyer 50 ml 1

• Matraz Kitazato 1 • Tela alambre c/asbesto 1 • Matraz Erlenmeyer 50 ml 2 • Termómetro -10 a 400o C. 1 • Matraz Erlenmeyer 125 ml 1 • Tubo de vidrio 20 cm 1 • Matraz de bola QF 25 ml 1 • Vaso de precipitados 250

ml 1

• Matraz pera de dos bocas 50 ml

1 • Vaso de precipitados 400 ml

1

• Mechero c/manguera 1 • "T" de vacio 1 • Pinzas de tres dedos

c/nuez 4 • Colector 1

• Vidrio de reloj 1

III. SUSTANCIAS • Bromuro de Sodio 14.0 g • Hidróxido de sodio 20.0 g • Solución de NaOH al

5% 10.0 ml • Alcohol n-butílico 10.0 ml

• Ácido sulfúrico conc. 10.0 ml • Sulfato de sodio anhidro 10.0 g

IV. INFORMACIÓN

La conversión de alcoholes en haluros de alquilo se puede efectuar por varios procedimientos. Con alcoholes primarios y secundarios se usan frecuentemente cloruro de tionilo o halogenuros de fósforo; también se pueden obtener calentando el alcohol con ácido clorhídrico concentrado y cloruro de zinc anhídro, o usando ácido sulfúrico concentrado y bromuro de sodio. Los alcoholes terciarios se convierten al halogenuro de alquilo correspondiente con ácido clorhídrico solo y en algunos casos sin necesidad de calentar.

V. PROCEDIMIENTO

En un matraz pera de dos bocas de 50 ml coloque 10 ml de agua, añada 14 g de bromuro de sodio, agite, y adicione 10 ml de n-butanol. Mezcle perfectamente, añada cuerpos de

69

ebullición y adapte un sistema de destilación fraccionada y una trampa de solución de sosa (25 ml), como lo indica la figura. Enfríe el matraz en un baño de hielo y pasados unos minutos adicione por la boca lateral del matraz 10 ml de ácido sulfúrico concentrado, mediante un embudo de adición, en porciones de aprox. 2 ml cada vez (Nota 1). Terminada la adición, retire el baño de hielo y el embudo de adición y tape la boca lateral del matraz de pera con el tapón esmerilado.

Caliente la mezcla de reacción suavemente empleando un baño de aire. Se empieza a notar el progreso de la reacción por la aparición de dos fases, siendo la fase inferior la que contiene el bromuro de n-butilo. Reciba el destilado en un recipiente enfriado en un baño de hielo (Nota 2). Continue el calentamiento hasta que el destilado es claro y no contiene gotas aceitosas.(Nota 3) Pase el destilado al embudo de separación y lave este con 5 ml

de agua (el bromuro es la capa inferior), agite vigorosamente. Verifique que el pH no sea ácido (en caso necesario haga otro lavado con 5 ml de agua). Transfiera el bromuro de n-butilo húmedo a un matraz Erlenmeyer y seque con sulfato de sodio anhídro. Decante al matraz de pera y destile por destilación simple, colectándose la fracción que destila entre 80-90oC en un recipiente previamente pesado.

NOTAS 1) ¡CUIDADO! el ácido sulfúrico causa severas quemaduras.

Use lentes de seguridad y agite después de cada adición.

70

2) En el condensador se forma una mezcla aceitosa de agua con bromuro de n-butilo.

3) Analice cuidadosamente cada uno de los pasos involucrados en este procedimiento; trabaje con ventilación adecuada ya que puede haber desprendimientos de HBr.

VI. ANTECEDENTES

1. Obtención de halogenuros de alquilo. 2. Propiedades físicas, químicas y toxicidad de los reactivos y

productos. 3. Mecanismo de SN1. 4. Mecanismo de SN2. 5. Comparación de los mecanismos de SN1 y SN2. 6. Estudio de las reacciones de equilibrio.

VII. CUESTIONARIO 1. ¿Qué tipo de mecanismo sigue ésta reacción? 2. Considerando los residuos de la mezcla de reacción, ¿cuál

procedimiento químico realizaría antes de desecharla? 3. ¿Cómo eliminaría los residuos de la solución de hidróxido de

sodio y de ácido sulfúrico concentrado? 4. - Asigne las bandas principales presentes en los espectros de


71

Espectros de I.R. a) n-butanol

4000.0 3000 2000 1500 1000 500 295.010.2

20

30

40

50

60

70

80

90

100.0

cm-1

%T

3347.50 2942.501464.07

1379.43

1214.52

1112.03

1072.211042.33

989.69

950.32

899.44

844.91734.91

645.00

b) Bromuro de n-butilo


3000 2000 1500 1000 450.02.0 10

20

30

40

50

60

70

80

90

100.0

cm-1

%T

2960.37 2933.80

2873.55

1464.531438.05

1380.11

1294.94

1261.721216.12

1078.42

994.05

951.72

915.04 866.70

796.71

740.44

643.68

562.31

72

VIII. BIBLIOGRAFIA a) D. Pavia, G.M. Lampmann y G.S.

Kriz. Jr. Introduction to Organic Laboratory Techniques.

W.B. Saunders Co. Philadelphia U.S.A. (1976)

b) Vogel, A.I.

A textbook of Practical Organic Chemistry. 5a. Edición , Longmans Scientifical and Technical, NY, (1989).

c) R.Q. Brewster y C.A. Vander Werf.

Curso Práctico de Química Orgánica. 2a. Edición Edit. Alhambra. España (1970).

d) J.D. Roberts y M.C. Caserio.

Modern Organic Chemistry. W.A. Benjamin Inc. U.S.A. (1967)

e) N.L. Allinger et al.

Química Orgánica. Editorial Reverté S.A. España (1975).

f) Lehman, J.W.

Operational Organic Chemistry 3er edition Prentice Hall New Jersey, USA (1999).

g) Mohring, J.R., Hammond, C.N.,

Morril, T.C., Neckers, D.C. Experimental Organic Chemistry W.H. Freeman and Company New York

73

OBTENCIÓN DE BROMURO DE n-BUTILO

H20NaBr

Bromuro den-butilo impuro

H2SO4

Destilado

Agitar, agregar el n-butanol,enfriar, agregar H2SO4 lentamente,tapar, adaptar trampa, destilar

NaBrNaOH

Residuos detrampa

n-butanolNaBr,

NaHSO4

Residuos dedestilación

D1

D2

H2SO4

Agua

D3

Lavar con agua

Bromurode

n-butilo

Na2SO4

H2O

D4

D5

Residuo dedestilado D2,D4: Filtrar Sólidos presentes, neutralizar

la solución y desecharla por el drenaje. Los Sólidos se pueden desechar.

D1,D3: Checar el pH, neutralizar y desechar por el drenaje.

D5: Mandar a incineración.

Fase Orgánica Fase acuosa

Líquido

Destilar

Sólido

Residuo

Destilado

Secar con Na2SO4

Decantar

74

PRÁCTICA

PREPARACION DE CICLOHEXENO

I. OBJETIVOS

a) Preparar ciclohexeno por deshidratación catalítica de ciclohexanol. b) Comprender la influencia de factores experimentales que modifican una reacción reversible.

REACCIÓN OH

H2SO4H2O

Volúmen (mL) 10 9.7243 Densidad (g/mL) 0.962 0.811 Masa molar (g/mol) 100.16 82.15 Punto de ebullición (°C) 160-161 83

7

75

II. MATERIAL • Agitador de vidrio 1 • Probeta graduada 25 ml 1 • Anillo metálico 1 • Pipeta graduada 5 ml 1 • Colector 1 • Refrigerante c/mangueras 1 • Columna Vigreaux 1 • Tubo de vidrio 20 cm 1 • Embudo de separación

c/tapón 1 • Tela alambre c/asbesto 1

• Matraces Erlenmeyer 50 ml 2 • Termómetro -10 a 400o C. 1 • Matraz Kitazato 1 • Matraz pera de una boca de

50 ml 1

• Matraz bola QF 25 ml 1 • Pinzas de tres dedos c/nuez 3 • Mechero c/manguera 1 • Porta-termómetro 1 • "T" de destilación 1 • Tubos de ensayo 2 • Vaso de precipitados 250

ml 2 • Tubo de goma 30 cm 1

• "T" de vacio 1 • Tapón monohoradado 1

III. SUSTANCIAS • Ciclohexanol 10.0 ml • Tetracloruro de carbono 5.0 ml • Ácido sulfúrico conc. 0.5 ml • Sol. de KMn O4 al 0.2% 25 ml • Sol. de NaHCO3 al 5% 15 ml • Sol. de Bromo en CCl4 1 ml • Sulfato de sodio anh. • Bicarbonato de sodio

2.0 g 2.0 g

• Cloruro de sodio Q.P. • Sol. Sat. de NaHCO3

2.0 g 15 ml

IV. INFORMACIÓN

a) La reacción para obtener ciclohexeno a partir de ciclohexanol es reversible.

b) La reversibilidad de una reacción se puede evitar: i) Si se elimina el producto del medio de reacción a medida que

ésta sucede. ii) Si se aumenta la concentración de uno o varios de los

reactivos. iii) Si se aumenta o disminuye la temperatura en el sentido que

se favorezca la reacción directa, etc.

76

c) Por lo tanto, las condiciones experimentales en las que se efectúa una reacción determinan los resultados de ésta, en cuanto a calidad y cantidad del producto obtenido.

V. PROCEDIMIENTO Preparar el ciclohexeno a partir de ciclohexanol por dos procedimientos diferentes (Método A y Método B) y comparar los resultados obtenidos en cuanto a calidad y cantidad del producto, con el fin de determinar que método es más eficiente. Luego se comprobará a través de reacciones específicas de identificación, la presencia de dobles enlaces C=C en el ciclohexeno obtenido (pruebas de insaturación).

Método A. Por destilación fraccionada. Monte un equipo de destilación fraccionada (Nota 1). En el matraz pera de una boca de 50 ml coloque 10 ml de ciclohexanol, agregue gota a gota y agitando 0.5 ml de ácido sulfúrico concentrado, agregue cuerpos de ebullición y adapte el resto del equipo. Posteriormente vierta en la trampa 25 ml de la solución de permanganato de potasio. Emplee un baño de aire y caliente moderadamente el vaso de

pp con el mechero, a través de la tela de asbesto. Reciba el destilado en el matraz de bola y colecte todo lo que destile entre 80-85oC enfriando con un baño de hielo. Suspenda el calentamiento cuando solo quede un pequeño residuo en el matraz o bien empiecen a aparecer vapores blancos de SO2. (Nota 2) Sature el destilado con cloruro de sodio y decántelo en el embudo de separación, lávelo 3 veces con una solución de

77

bicarbonato de sodio al 5% empleando porciones de 5 ml cada vez. Coloque, la fase orgánica en un vaso de precipitados y séquela con sulfato de sodio anhídro. Esta fase orgánica debe ser ciclohexeno, el cual deberá purificar por destilación simple, empleando un baño de aire (Nota 3). Colecte la fracción que destila a la temperatura de ebullición del ciclohexeno (Nota 4). La cabeza y la cola de la destilación pueden utilizarse para hacer las pruebas de insaturación, que se indican al final de este procedimiento. Mida el volumen obtenido y entréguelo al profesor. Calcule el rendimiento de la reacción.

Método B. Por reflujo directo.

La realización de este método tiene por objetivo establecer una comparación con el anterior en cuanto a los resultados que se obtengan. Por esta razón, sólo un alumno pondrá en práctica este método en tanto los demás deberán tomar en cuenta este resultado para hacer la comparación respectiva. Monte un equipo de reflujo directo. En el matraz pera de una boca coloque 10 ml de ciclohexanol, agregue gota a gota y agitando 0.5 ml de ácido sulfúrico concentrado, agregue cuerpos de ebullición y adapte el resto del equipo. Caliente el sistema con el mechero a través de la tela de alambre con asbesto, empleando un baño de aire, durante 45 minutos. Luego déjelo enfriar un poco y vierta la mezcla de reacción en una suspensión de 2 g de bicarbonato de sodio en 10 ml de agua. Separe entonces la fase orgánica, lávela con 3 porciones de 5 ml de una solución saturada de bicarbonato de sodio y séquela con sulfato de sodio anhídro. Purifique por destilación simple, empleando un baño de aire, el ciclohexeno obtenido.

78

Mida el volumen obtenido y entréguelo al profesor. Calcule el rendimiento de la reacción.

REALICE LAS SIGUIENTES PRUEBAS DE INSATURACIÓN.

1) Reacción con Br2/CCl4. En un tubo de ensayo coloque 1 ml de solución de bromo en tetracloruro de carbono, agregue 1 ml de ciclohexeno y agite. Observe e interprete los resultados. Escriba la reacción que se lleva a cabo.

2) Reacción con KMnO4. En un tubo de ensayo coloque 1 ml de solución de permanganato de potasio (acidule a pH 2 ó 3), agregue 1 ml de ciclohexeno y agite. Observe e interprete los resultados. Escriba la reacción que se lleva a cabo. Resuma en el siguiente cuadro los datos experimentales de los dos métodos de obtención del ciclohexeno.

Métodos Condiciones

Experimentales Temperatura de la destilación

Volumen del destilado (ml)

% de la reacción

A

B

NOTAS 1) Para aumentar el gradiente de temperatura en la columna cúbrala

exteriormente con fibra de vidrio. 2) Enfríe muy bien el aparato antes de desmontar y coloque el matraz de

bola con su tapón en un baño de hielo. 3) Tenga cuidado de utilizar el material bien limpio y seco. 4) El punto de ebullición del ciclohexeno es de 83-84o C. a 760 mm Hg

ycomo la presión atmosférica en la Ciudad Universitaria D.F. es de 570-590 mmHg, el punto de ebullición del ciclohexeno es de 71-74oC.

79

VI. ANTECEDENTES

a) Propiedades físicas, químicas y toxicidad de reactivos y productos.

b) Deshidratación catalítica de alcoholes para obtener alquenos.

Mecanismo de reacción. c) Influencia de las condiciones experimentales en la

reversibilidad de una reacción. d) Reacciones de adición a dobles ligaduras.

VII. CUESTIONARIO

1. - Con base en los resultados obtenidos, ¿cuál de los dos métodos es el más eficiente para obtener ciclohexeno? Explique.

2. - a) ¿Qué es una reacción reversible? b) ¿Qué es una reacción irreversible? c) ¿Qué es una reacción en equilibrio?

3. - ¿Cuáles fueron los principales factores experimentales que se controlaron en esta práctica.

4. - ¿Qué debe hacer con los residuos de la reacción depositados en la pera o matraz antes de desecharlos por el drenaje?

5. - ¿Cuál es la toxicidad de los productos que se forman al realizar las pruebas de insaturación

6. - Asigne las bandas principales presentes en los espectros de I.R. a los grupos funcionales de reactivos y productos.

80

Espectros de I.R. a) Ciclohexanol

4000.0 3000 2000 1500 1000 605.03.910

20

30

40

50

60

70

80

90

100.1

cm-1

%T

3347.12

2935.10 2860.48

2668.41

1714.25

1453.51 1365.22

1299.02

1259.61

1238.99

1174.811139.78

1069.22

1025.52

968.32

925.22

889.53

844.61

789.02

b)Ciclohexeno

4000.0 3000 2000 1500 1000 500 245.03.810

20

30

40

50

60

70

80

90

100.0

cm-1

%T

3021.682927.11

2860.042839.50

2659.391654.88

1449.39

1440.19

1385.231324.77

1268.51

1139.62

1039.06

918.89877.40

810.29

719.89

643.34

454.49

405.97

81

VIII. BIBLIOGRAFÍA a) Brewster R.Q., Vander Werf C.A. y Mc. Ewen W.E. Curso Práctico de Química Orgánica, 2a. Edición Alhambra Madrid, (1979). b) Vogel, A.I. A textbook of Practical Organic Chemistry. 5a. Edición , Longmans Scientifical and Technical, NY, (1989).

c) Pavia D.L., Lampman G.M. y Kriz G.S. Introduction to Organic Laboratory Techniques. W.B. Saunders Co. Philadelphia, (1976). d) Lehman, J.W.


e) Mohring, J.R., Hammond, C.N., Morril, T.C., Neckers, D.C.

Experimental Organic Chemistry W.H. Freeman and Company New York,USA (1997)

82

CICLOHEXANOL

H2SO4 con.

H2SO4Mat. org.

degradada

D1

CiclohexenoAgua

Ciclohexenoimpuro, húmedo

NaCINaHCO3Na2SO4

D2Ciclohexeno

impuroNa2SO4

CICLOHEXENOPURO

ResiduosOrgánicos

OBTENCIÓN DE CICLOHEXENO

2) Saturar con NaCI3) Lavar con NaHCO3 (5%)

4) Secar con Na2SO45) Decantar o fil trar

D3

1) Desti lar

7) Tomar muestras

MnO2Diol

D6

6) Destilar

D4

1,2-DibromoCiclohexano

D5


D6: Fi ltrar el MnO2, etiquetarlo, y confinarlo. Checar pH al lí- quido y desechar por el drenaje.

D1: Separar fases, mandar a inci- neración la fase orgánica, uti lizar fase acuosa para neutralizar D2.

D2: Neutral izar con D1 y checar pH.

D3: Secar para uso posterior.


FASE ACUOSA

SOLIDOLÍQUIDO

RESIDUO DESTILADO

FASE ORGÁNICA

DESTILADO RESIDUO

+KMnO4+Br2

83

PRÁCTICA

IDENTIFICACIÓN DE ALDEHÍDOS Y CETONAS

I. OBJETIVOS

a) Identificar el grupo carbonilo de aldehídos y cetonas. b) Distinguir entre un aldehído y una cetona por medio de

reacciones características y fáciles de llevarse a cabo en el laboratorio.

II. MATERIAL • Matraz Erlenmeyer 50

ml 1 • Büchner c/alargadera 2

• Vaso de pp. de 150 ml 1 • Agitador de vidrio 1 • Probeta graduada 1 • Matraz Kitazato

c/manguera 2

• Pinza de 3 dedos con nuez

1 • Pinzas para tubo de ensayo

1

• Pipeta 10 ml 1 • Embudo de vidrio 1 • Resistencia eléctrica 1 • Vidrio de reloj 1 • Tubos de ensayo 18 • Recipiente de peltre 1 • Espátula 1 • Gradilla 1

88

84

III. SUSTANCIAS • Sol. 2,4-Dinitrofenilhidrazina 10

ml • Sol. De AgNO3 5% 2 ml

• Etanol 96º 20 ml • NH4OH 5% 5 ml • Sol. De NaOH 10% 10 ml • H2SO4 conc. 5 ml • HNO3 conc. 5 ml • Dioxano 3 ml • Sol. De Ácido crómico 1 ml • Benzaldehído 1 ml • Sol. De Yodo/Yoduro de K 15 ml • Propionaldehído 1 ml • 2-Butanona 1 g • Formaldehído 1 ml • Acetona destilada de

KmnO4 1 ml • Metilisobutil cetona 1 ml

• Acetofenona 1 g

IV. INFORMACIÓN

A) El grupo carbonilo en aldehídos y cetonas reacciona con derivados del amoniaco produciendo compuestos sólidos de punto de fusión definido.

B) El punto de fusión de los derivados de aldehídos y cetonas permiten caracterizarlos cualitativamente.

C) El grupo carbonilo de aldehídos se oxida fácilmente y el de cetonas no se oxida.

D) Las α-hidroxicetonas, así como los azúcares reductores, reaccionan de manera semejante a los aldehídos.

E) Las metil-cetonas, los metil-alcoholes y el acetaldehído dan una reacción positiva en la prueba del haloformo.

V. PROCEDIMIENTO Cada alumno debe elegir para trabajar un aldehído aromático, un aldehído alifático, una cetona aromática y una cetona alifática de entre las muestras patrón que se colocarán en la campana y debe de realizar todas las pruebas a cada sustancia. Posteriormente se recibirá una muestra problema.

85

a) Reacción de identificación de grupo carbonilo.

Preparación de 2,4--dinitrofenilhidrazonas de aldehídos y cetonas

HNO2

NO2

NNR'

RC

H+

+CR

R'O NO2

NO2

NNH2

H

Procedimiento para la reacción de identificación de grupo carbonilo.

Disuelva 0.2 g o 0.2 ml (4 gotas) del compuesto en 2 ml de etanol, adicione 2 ml de solución de 2,4-dinitrofenilhidrazina y caliente en baño de agua durante 5 minutos, deje enfriar e induzca la cristalización agregando una gota de agua y enfriando sobre hielo. La aparición de un precipitado indica prueba positiva y confirma la presencia de un grupo carbonilo. Filtre el precipitado y recristalice de etanol o etanol-agua. Determine punto de fusión o descomposición y consulte las tablas de derivados.

b) Ensayo con ácido crómico.

Reacción positiva con aldehídos e hidroxicetonas y negativa para cetonas.

Verde

Cr2(SO4)3+H2O3+RCOOH3H2SO43

2 CrO33 R CH

O

86

Procedimiento para la reacción de identificación. Disuelva 3 gotas o 150 mg de aldehído en 1 ml de acetona (Nota 1), añada 0.5 ml de la solución de ácido crómico recién preparada. Un resultado positivo será indicado por la formación de un precipitado verde o azul de sales cromosas. Con los aldehídos alifáticos, la solución se vuelve turbia en 5 segundos y aparece un precipitado verde oscuro en unos 30 segundos. Los aldehídos aromáticos requieren por lo general de 30 a 90 segundos para la formación del precipitado.

C) Reacción de Tollens para identificación de aldehídos.

Espejo de plata

+

NH3 3

+

H2O+

. 2 2+CR

HO Ag Ag(NH3)2OH RCOO-NH4+

Reacción positiva para aldehídos, negativa para cetonas. SE EFECTUA SOLAMENTE EN CASO DE OBTENER PRUEBA POSITIVA CON ÁCIDO CRÓMICO PARA EVITAR FALSAS POSITIVAS.

Procedimiento para la reacción de identificación. Preparación del reactivo de hidróxido de plata amoniacal. En un tubo de ensayo limpio coloque 2 gotas de solución de nitrato de plata al 5%, una a dos gotas de sosa al 10% y gota a gota, con agitación, una solución de hidróxido de amonio al 5%, justo hasta el punto en que se disuelva el

87

óxido de plata que precipitó, evitando cualquier exceso. Este reactivo debe usarse recién preparado por cada alumno. Al reactivo recién preparado agregue 0.1 g o 2 gotas de la sustancia, agite y caliente en baño de agua brevemente. La aparición de un espejo de plata indica prueba positiva. Una vez terminada la prueba, el tubo de ensayo deberá limpiarse con ácido nítrico.

d) Prueba del Yodoformo.

+ 3 I2 + 3NaOHC

H3C

RO C

RO

I3C

+ 3NaI + 3H2O

CR

O

I3C

+ NaOH RCOO-Na+ + CHI3

Iodoformo(sólido amarillo)

Reacción positiva para metilcetonas y alcoholes precursores del tipo estructural R-CH(OH)-CH3, (R=H, alquilo o arilo) El único aldehído que da prueba positiva es el acetaldehído.

Procedimiento para la reacción de identificación. En un tubo de ensayo coloque 0.1 g o 2 a 3 gotas de la muestra, agregue 2 ml de agua y si la muestra no es soluble en ella adicione 3 ml de dioxano. Añada 1 ml de solución de NaOH al 10% y después agregue gota a gota (4 a 5 ml) y con agitación, una solución de yodo-yoduro de potasio justo hasta que el color café oscuro del yodo persista.

88

Caliente la mezcla en baño de agua durante dos minutos, si durante este tiempo el color café desaparece, agregue unas gotas más de la solución yodo-yoduro de potasio hasta lograr que el color no desaparezca después de dos minutos de calentamiento. Decolore la solución agregando 3 a 4 gotas de sosa al 10%, diluya con agua hasta casi llenar el tubo. Deje reposar en baño de hielo. La formación de un precipitado amarillo correspondiente al Yodoformo indica que la prueba es positiva. (Nota 2)

Indicaciones de importancia

1. - Es importante que antes de llevar a cabo cada prueba, los tubos de ensaye y el material a emplear estén limpios.

2. - Deberá tener cuidado de no contaminar los reactivos al

utilizarlos. 3. - El alumno deberá usar las cantidades de reactivos y

problemas especificados en cada prueba, pues un exceso lo puede llevar a una interpretación falsa.

NOTAS 1. - La acetona que se usa debe ser pura para análisis, o de preferencia

acetona que ha sido destilada sobre permanganato de potasio. 2. - El precipitado se filtrará y se determinará punto de fusión (119ºC) solo

en caso de prueba dudosa.

VI. ANTECEDENTES 1.- Propiedades físicas, químicas y toxicidad de reactivos y

productos. 2.- Formación de derivados para caracterización de aldehídos y

cetonas.

89

3.- Reacciones de identificación de aldehídos. 4.- Reacciones de identificación de cetonas.

VII. CUESTIONARIO

1) ¿Cómo identificó el grupo carbonilo en aldehídos y cetonas? 2) Escriba la reacción que permitió hacer dicha identificación. 3) ¿Cómo diferenció a un aldehído de una cetona? 4) Escriba la (o las) reacción(es) que le permitieron diferenciar

uno de otro. 5) ¿En que consiste la reacción de haloformo y en qué casos se

lleva a cabo? 6) Escriba la reacción anterior. 7) Complete el siguiente cuadro, indicando sus resultados:

Reacción con 2,4-dinitro-fenilhidrazina

Reacción con ácido crómico

Reacción de Tollens

Reacción del Yodoformo

pf del derivado Aldehído Alifático

Aldehído Aromático

Cetona Alifática

Cetona Aromática

Problema 8) Asigne las bandas principales presentes en los espectros de


90

Espectros de I.R. a) Propionaldehído

4000.0 3000 2000 1500 1000 600.03.810

20

30

40

50

60

70

80

90

100.0

cm-1

%T

3432.76

2966.172879.91

2709.19

1727.33

1460.71

1384.59

1239.261145.34

b) Benzaldehído

4000.0 3000 2000 1500 1000 450.03.910

20

30

40

50

60

70

80

90

100.0

cm-1

%T

3063.48

2818.592736.53

1702.05

1653.69

1596.751583.77

1455.36

1390.67

1310.53

1287.85

1203.54

1166.94

1071.76

1022.87

827.70

745.69

714.10

688.04

649.80

91

d)Acetona

4000.0 3000 2000 1500 1000 450.03.810

20

30

40

50

60

70

80

90

100.0

cm-1

%T

3612.673413.45

3004.65

2925.02

1717.65

1421.041362.92

1222.49

1092.84

902.42

784.93

530.19

2Butanona

4000.0 3000 2000 1500 1000 450.03.810

20

30

40

50

60

70

80

90

100.0

cm-1

%T

3619.573414.58

2979.462939.60

1714.61

1459.74

1416.71

1365.87

1257.01

1172.38

1086.30

945.34

759.79589.54

517.22

92

f) Ciclohexanona

4000.0 3000 2000 1500 1000 400.03.510

20

30

40

50

60

70

80

90

100.0

cm-1

%T

3471.56

2933.01

2859.76 1713.09

1449.45

1423.401343.641310.31

1220.511117.04

1070.421015.54

968.39

905.03

860.64745.67

648.73

487.68

g) Acetofenona

4000.0 3000 2000 1500 1000 450.03.810

20

30

40

50

60

70

80

90

100.0

cm-1

%T

3351.32

3062.01 3004.18

1683.09

1598.45

1582.23

1448.71

1359.20

1302.18

1265.82

1179.83

1078.06

1024.02

955.31

927.24

760.32690.60

588.82

93

g) Benzofenona

3800.0 3000 2000 1500 1000 390.011.2

20

30

40

50

60

70

80

90

101.2

cm-1

%T 3094.31

3073.42

3036.36

1957.711905.00

1814.63

1662.50

1602.53

1579.86

1450.171319.54

1277.50

1178.55

1150.56

1075.18

1029.87

999.92

970.16

939.95

920.41

845.49

810.01

764.25719.55

697.50639.82

h) bencilo

4000.0 3000 2000 1500 1000 450.03.810

20

30

40

50

60

70

80

90

100.0

cm-1

%T

3063.16

1913.961818.77

1675.47 1660.381593.29

1578.651449.39

1324.42

1211.24

1173.61

1097.461071.06

997.75

939.02

875.64

795.58

719.01

695.62681.41

642.06

465.67

94

VIII. BIBLIOGRAFIA

a) Vogel, A.I. A textbook of Practical Organic

Chemistry. 5a. Edición , Longmans

Scientifical and Technical, NY, (1989).

b) Pasto D.J. y Johnson C.R. Determinación de Estructuras Orgánicas

Edit. Reverté S.A. México (1974). c) Shriner R.L. Fuson R.C.y Curtin D.Y.

Identificación Sistemática de Compuestos Orgánicos

Editorial Limusa-Wiley México (1973). d) Morrison R.T. y Boyd R.N. Organic Chemistry 5ª. Ed. Addison-Wesley Iberoamericana

U.S.A. (1990).

e) Allinger N.L. et al Química Orgánica Edit. Reverté S.A. España (1975.) f) Daniels, Rush, Baver J. Chem. ED. 1960, 37, 203. g) Fiegl F. y Anger V. Pruebas a la gota en el Análisis

Orgánico Edit. El Manual Moderno México (1978). h) Lehman, J.W.


i) Mohring,J.R., Hammond, C.N.,

Morril, T.C., Neckers,D.C. Experimental Organic Chemistry W.H. Freeman and Company New York, USA (1997).

95

Muestra problema+

2, 4-DNFH

Hidrazonaimpura

EtOH2, 4-DNFH

1) Calentar.

2) Enfriar. 4) Recristalizar

3) Filtrar

SÓLIDOHIDRAZONA

PURA

D1

Muestra problema+ acetona

+ Reactivo Jones

Precipitadoverde

Cr2 (SO4)3

D2

IDENTIFICACIÓN DE ALDEHÍDOS Y CETONAS

b) Ensayo con ácido crómico.

c) Prueba de Tollen's.

a) Identificación de grupo carbonilo.

Muestra problema+

Reactivo Tollens

1) Agitar. Espejode

Plata

3) +HNO3

Muestra problemaDioxano, NaOH 10%

soluciónyodo-yoduro

Mezclacolorcafé

1) Calentar.

YODOFORMO

2) Decolorar con NaOH 10%3) Diluir con Agua.

4) Enfriar.5) Filtrar.

Sol. yodo-yoduroNaOHLÍQUIDO

2) Calentar.D3

SÓLIDOd) Prueba de yodoformo.

D1: Adsorber sobre carbón activado, hasta eliminar color, desechar la solución por el drenaje. Enviar a incineración el carbón utilizado.

D2: Seguir mismo tratamiento que para D1 de obtención de n-butiral- dehìdo.

D3: Guardar para posterior recuperación de la plata.

D4: Fi ltrar el sól ido y mandarlo a incineración. Adsorber la solución sobre carbón activado, neutral izar y desechar por el drenaje. Enviar a incineración el carbón utilizado.

LíQUIDO

96

PRÁCTICA

CONDENSACIÓN DE CLAISEN-SCHMIDT OBTENCIÓN DE DIBENZALACETONA

I. OBJETIVOS a) Efectuar una condensación aldólica cruzada dirigida.

b) Obtener un producto de uso comercial.

REACCIÓN

2 + C OCH3

CH3

COH

O

Benzaldehído Acetona Dibenzalacetona

Masa molar (g/mol)

106.12 58.08 234.3

Densidad (g/mL) 1.044 0.791 Punto de

ebullición (°C) 178-179 56


104-107

99

NaOH

97

II. MATERIAL • Vaso precipitados 250 ml 1 • Embudo de filtración rápida 1 • Matraz Erlenmeyer 125 ml 2 • Vidrio de reloj 1 • Termómetro -10 a 400o C 1 • Espátula 1 • Probeta graduada 25 ml 1 • Agitador de vidrio 1 • Pipeta 10 ml 1 • Resistencia eléctrica 1 • Kitazato c/manguera 1 • Recipiente de peltre 1 • Pinzas de tres dedos con

nuez 1 • Büchner c/alargadera 1

• Agitador mecánico • Frascos p/cromatografía • Vaso de precipitados de 150

ml

1 1 1

• Barra para agitación • Frascos viales • Portaobjetos

1 2 2

III. SUSTANCIAS • NaOH 1.25 g • Etanol 70 ml • Benzaldehído 1.25 g • Acetona 8 ml • Acetato de etilo 10 ml • Yodo 0.01g • Gel de sílice G 2 g • Hexano 3 ml

IV. INFORMACIÓN

a) Los aldehídos y las cetonas con hidrógenos en el carbono alfa al carbonilo sufren reacciones de condensación aldólica.

b) Los hidrógenos en el carbono alfa al carbonilo son

hidrógenos ácidos. c) Las condensaciones aldólicas cruzadas producen una

mezcla de productos.

98

d) Las reacciones de condensación entre cetonas y aldehídos no enolizables producen un solo producto (condensaciones aldólicas cruzadas dirigidas).

e) Los productos obtenidos por condensación aldólica sufren

reacciones de crotonización. f) La acetona no se polimeriza pero se condensa en

condiciones especiales, dando productos que pueden considerarse como derivados de una reacción de eliminación.

V. PROCEDIMIENTO Coloque en un matraz Erlenmeyer de 125 ml 1.25 g de NaOH, 12.5 ml de agua y 10 ml de etanol. Posteriormente, agregue poco a poco y agitando 1.25 ml de benzaldehído y luego 0.5 ml de acetona. Continúe la agitación durante 20-30 minutos más, manteniendo la temperatura entre 20-25o C utilizando baños de agua fría. Filtre el precipitado, lave con agua fría, seque, recristalice de etanol (Nota 1) Pese, determine punto de fusión y cromatoplaca comparando la materia prima y el producto.

Datos cromatoplaca Suspensión: Gel de sílice al 35% en CHCl3/MeOH o en acetato de etilo. Disolvente: Acetona o acetato de etilo Eluyente: Hexano/Acetato de etilo 4.5:0.5 Revelador: I2 o luz U.V.

NOTA 1) Si al recristalizar la solución se torna de un color rojo-naranja, puede que se encuentre demasiado alcalina, por lo que será necesario agregar ácido clorhídrico diluido 1:1, hasta que se tenga un pH entre 7 y 8.

99

VI. ANTECEDENTES

a) Reacciones de condensación aldólica. b) Reacciones de condensación aldólica cruzada. c) Otros ejemplos de reacciones de condensación de Claisen-

Schmidt (condensación aldólica cruzada dirigida). d) Usos de la dibenzalacetona e) Propiedades físicas, químicas y toxicidad de los reactivos y

productos.

VII. CUESTIONARIO.

1) Explique por qué debe adicionar primero benzaldehído y después la acetona a la mezcla de la reacción.

2) Explique porqué se obtiene un solo producto y no una mezcla

de productos en esta práctica. 3) Indique por qué se crotoniza fácilmente el aldol producido. 4) ¿Por qué la solución no debe estar alcalina al recristalizar? 5) Asigne las bandas principales presentes en los espectros de


100

Espectros de I.R. a) Benzaldehído

4000.0 3000 2000 1500 1000 450.03.810

20

30

40

50

60

70

80

90

100.0

cm-1

%T

3619.573414.58

2979.462939.60

1714.61

1459.74

1416.71

1365.87

1257.01

1172.38

1086.30

945.34

759.79589.54

517.22

101

acetona

4000.0 3000 2000 1500 1000 400.03.510

20

30

40

50

60

70

80

90

100.0

cm-1

%T

3471.56

2933.01

2859.76 1713.09

1449.45

1423.401343.641310.31

1220.511117.04

1070.421015.54

968.39

905.03

860.64745.67

648.73

487.68

Dibenzalacetona

4000.0 3000 2000 1500 1000 450.03.710

20

30

40

50

60

70

80

90

100.0

cm-1

%T

3052.403025.40

1650.73

1625.88

1591.34

1573.88

1494.451447.10

1343.21

1307.451284.23

1193.88

1100.54

1074.90

982.62

923.27883.66

849.97

761.85

695.02

597.24

558.25527.82

479.35

102

VIII. BIBLIOGRAFíA

a) Vogel, A.I. A textbook of Practical Organic Chemistry. 5a. Edición , Longmans Scientifical and Technical, NY, (1989).

b) Conar, C.R. and Dolliver, M.A.

Org. Syn. Coll, 2,167 (1943) John Wiley and Sons Inc.

c) Cremlyn, R.J.W. and Still, R.H.

Named and Miscellaneous Reactions in Organic Chemistry Heinman Educational Books Ltd London (1967)

d) Journal of Organic Chemistry 1962, 27, 327-328 e) Lehman, J.W.

Operational Organic Chemistry 3er edition Prentice Hall New Jersey (USA) 1999.

f) Mohring,J.R., Hammond, C.N., Morril, T.C., Neckers,D.C.

Experimental Organic Chemistry W.H. Freeman and Company New York (USA) 1997.

103

T=20 a 25 ºC.en baño de agua

1) Agitar2) Filtrar y lavar con agua.

Acetona, NaOH, H2OEtOH, Benzaldehido

Dibenzalacetona

D1

SOLUCIÓN SÓLIDO

3) Recristalizar de etanol.

DIBENZALACETONA DibenzalacetonaEtOH

D2

SÓLIDO LÍQUIDO

Benzaldehído + Acetona + H2O+ NaOH + EtOH

D1: Filtrar para eliminar sólidos. Tratar con carbón activado hasta que la solución quede incolora. Checar pH y desechar por el drenaje. Los sólidos filtrados pueden guardarse para utilizarse en prácticas de cristal ización, o mandarse incinerar.

D2: Filtrar para eliminar sólidos. Recuperar el etanol por desti lación. Si está di luido con agua, dar el mismo tratamiento que para D1. Los sólidos se tratan de la misma forma que en D1.

CONDENSACIÓN DE CLAISEN-SCHMIDTOBTENCIÓN DE DIBENZALACETONA

104

PRÁCTICA OBTENCION DEL ÁCIDO ACETILSALICÍLICO POR MEDIO DE UN PROCESO DE QUÍMICA VERDE.

I. OBJETIVOS

a) Efectuar la síntesis de un derivado de un ácido carboxílico como lo es un éster.

b) Sintetizar ácido acetilsalicílico por un proceso de química verde.

REACCIÓN

+

OH

OOH

+ O

O O O

O

OH

O

OH

O1)NaOH25°C

2) HCl

Ácido salicílico Anhídrido acético Ácido acetilsalicílico

Masa molar (g/mol)

138.12 102.09 180.16


158-161 134-136

1100AA

105

II. MATERIAL

Vaso de precipitados de 100 mL

1 Vidrio de reloj 1

Matraz kitazato c/manguera

1 Espátula de acero inoxidable

1

Embudo buchner 1 Matraz erlenmeyer de 125 mL

1

Agitador de vidrio 1 Recipiente para baño maría

1

Recipiente de peltre 1 Probeta graduada de 25 mL

1

Pinza de tres dedos c/nuez

1

III. SUSTANCIAS

Ácido salicílico 0.560 Hidróxido de sodio 1g Anhídrido acético 1.2 mL Hidróxido de potasio 1g Ácido clorhídrico 50% 10 mL Carbonato de sodio 1g

IV. INFORMACIÓN El ácido Acetilsalicílico es una droga maravillosa por excelencia. Se utiliza ampliamente como analgésico (para disminuir el dolor) y como antipirético (para bajar la fiebre). También reduce la inflamación y aún es capaz de prevenir ataques cardiacos. No obstante que para algunas personas presenta pocos efectos laterales, se le considera lo bastante segura para ser vendida sin prescripción médica. Debido a que es fácil de preparar, la aspirina es uno de los fármacos disponibles menos costosos. Es producida en grandes cantidades. De hecho la industria farmoquímica produce cerca de 200 toneladas de esta farmoquímico cada año. El objetivo de la química verde es desarrollar tecnologías químicas benignas al medio ambiente, utilizando en forma eficiente

106

las materias primas (de preferencia renovables), eliminando la generación de desechos y evitando el uso de reactivos y disolventes tóxicos y/o peligrosos en la manufactura y aplicación de productos químicos. V. PROCEDIMIENTO En un vaso de precipitados de 100 mL coloque 0.560 g (4 mmol) de ácido salicílico y 1.2 mL (1.3 g, 12.68 mmoles) de anhídrido acético. Con una varilla de vidrio mezcle bien los dos reactivos. Una vez que se obtenga una mezcla homogénea, adicionar 4 lentejas de NaOH (o bien 4 lentejas de KOH o 2.4 g de carbonato de sodio) previamente molidas y agitar nuevamente la mezcla con la varilla de vidrio por 10 minutos. Adicionar lentamente 6 mL de agua destilada y posteriormente una solución de ácido clorhídrico al 50% hasta que el pH de la solución sea de 3. La mezcla se deja enfriar en un baño de hielo. El producto crudo se aísla por medio de una filtración al vacío. Bajar los cristales del ácido acetilsalicílico con agua fría. (nota 1), Purifique el producto crudo por medio de una recristalización con 9 mL de una mezcla de hexano/Acetato de etilo (40:60). Aislar los cristales por medio de una filtración al vacío. Determinar el rendimiento y el punto de fusión. NOTAS: 1) Es importante que el agua esté bien fría, ya que de lo contrario

el ácido acetilsalicílico se redisuelve en agua tibia. VI. ANTECEDENTES a) Reacciones de los fenoles b) Acilación de fenoles c) Acidez de los fenoles d) Formación de esteres a partir de fenoles

107

e) Reacciones de fenoles con anhídridos de ácidos carboxílicos. f) Propiedades físicas, químicas y toxicidad de reactivos y

productos. g) Obtención de aspirina h) Efectos del ácido acetil salicílico en el organismo VII. CUESTIONARIO 1) Escriba la reacción efectuada y proponga un mecanismo de

reacción. 2) ¿Para que se utiliza la base en la reacción? 3) ¿Para que se utiliza el anhídrido acético? 4) ¿Se podría utilizar cloruro de acetilo en lugar del anhídrido

acético? 5) Asigne las bandas principales presentes en los espectros de I.R.

a los grupos funcionales de reactivos y productos. VIII. BIBLIOGRAFIA 1)Curzons, A.D.; Constable, D.J.C.; Mortimer, D.N; and

Cunningham, V.L.; Green Chemistry, 2001, 3, 1-6. 2) Handel-Vega, E.; Loupy, A.P.D.; García, J.M.C. Pat. WO, 1999,

98-1B2083. 3) Zhong, Guo-qing; Hecheng Huaxue, 2003, 11, 160-162. Revisión

hecha en el Science Zinder Scholar, American Chemical Society. Base consultada CAPLUS.

108

ESPECTROS DE I.R. Acido salicílico

109

Acido acetilsalicílico

110

OBTENCIÓN DE ÁCIDO ACETILSALICÍLICO

0.560 g de ácido salicílico +

1.2 mL de anhidrido acético

Mezclar

Agregar NaOH, KOHo carbonato de sodio

1. Agitar 10 min 2. Acidular con HCl 50% 3. Filtrar al vacío

sólido líquido

Äcido acetilsalicílico

Anhidrido Acético, NaCl, KCl

Recristalizar con AcOEt:Hexano

D1

Ácido acetil- salicílico

SólidoLíquido

Acetato de etiloHexano

D2

111

PRÁCTICA REACCIÓN DE SCHOTTEN-BAUMANN OBTENCIÓN DE BENZOATO DE FENILO

I. OBJETIVO Efectuar una esterificación del fenol como ejemplo de la

reacción de Schotten- Baumann. REACCIÓN:

+NaOH O

OO

ClOH

+ H2O + NaCl

Fenol Cloruro de benzoílo Benzoato de fenilo

Masa molar (g/mol)

94.11 140.57 198.22

Densidad (g/mL) 1.211 Punto de

ebullición (°C) 198


40-42 69-72

masa (g) 0.5 Volumen (mL) 1

1100BB

112

II. MATERIAL • Matraz Erlenmeyer 50

ml 1 • Espátula 1

• Probeta graduada 25 ml • Agitador mecánico • Barra de agitación

1 1 1

• Vaso de pp de 250 ml • Embudo de filtración

rápida • Recipiente de peltre

1 1 1

• Pipeta graduada 10 ml 1 • Buchner c/alargadera 1 • Vidrio de reloj • Kitazato c/manguera

1 1

• Matraz Erlenmeyer 125 ml con tapon de corcho

1

• Pinzas de tres dedos • Barra para agitación

1 1

• Agitador magnético • Resistencia eléctrica

1 1

III. SUSTANCIAS • Fenol 1 g • Cloruro de benzoilo 2 ml • Sol. de NaOH al 10 % 7.5 ml • Etanol 5 ml

IV INFORMACION

La reacción entre un cloruro de acilo y un alcohol produce un éster. Cuando un cloruro de acilo aromático es uno de los reactivos, suele agregarse alguna base para eliminar el ácido clorhídrico a medida que se forma. La base generalmente es una solución de hidróxido de sodio diluido, trietilamina o piridina (las última dos son bases órganicas débiles) y tal procedimiento se conoce como el método de Shotten-Baumann

V. PROCEDIMIENTO

Disuelva 0.5 g de fenol en 7.5 ml de solución de sosa al 10% en un matraz Erlenmeyer de 125 ml. Adicione 1 ml de cloruro de benzoilo (Nota 1), agite la mezcla de reacción por 15 minutos

113

mediante un agitador magnético, el matráz deberá estar tapado por un tapón de corcho que se quitará de vez en cuando para evitar que la presión lo levante. Al final de este periodo la reacción debe haberse llevado a cabo y separado un producto sólido, filtre el sólido al vacío, lave con agua y seque por succión (nota 2). Recristalice el producto crudo de etanol y seque. Calcule el rendimiento y determine el punto de fusión (Nota 3).

NOTAS 1) La adición del cloruro de benzoilo debe hacerse en la campana. 2) Neutralizar el filtrado con HCl conc. hasta pH=1. Enfriar y filtrar al vacío

para recuperar el ácido benzoico que pudiera haberse formado. 3) El punto de fusión del producto puro es de 70o C.

VI. ANTECEDENTES

a) Propiedades físicas, químicas y toxicidad de reactivos y productos.

b) Métodos de esterificación de fenoles. c) Reacción de Schotten Baumann d) Propiedades químicas de los fenoles. e) Propiedades químicas de los cloruros de ácido. f) Manejo adecuado de los reactivos, productos y subproductos

durante la experimentación.

VII. CUESTIONARIO

1) Escriba un mecanismo razonable para la obtención de benzoato de fenilo.

2) Haga un esquema de separación de benzoato de fenilo de la mezcla de reacción.

3) Asigne las bandas principales a los grupos funcionales presentes en los espectros de I.R. de reactivos y productos.

114

VIII. Bibliografía a) Wingrove A., Caret R., Química Orgánica, Editorial Harla,

México (1984). b) McMurry, J., Química Orgánica. 3a. ed. Grupo Editorial

lberoamérica, S.A. de C.V., México D.F. (1994)

Espectros de I.R. a) Fenol

4000.0 3000 2000 1500 1000 605.013.7

20

30

40

50

60

70

80

90

100.0

cm-1

%T

3314.98 3050.22

2734.57

1937.37

1596.77 1499.741475.36

1370.02

1234.17

1170.02

1155.15

1071.04

1024.89

1000.19

888.69

810.33752.94 689.85

115

b) Cloruro de benzoílo

4000.0 3000 2000 1500 1000 605.03.710

20

30

40

50

60

70

80

90

100.1

cm-1

%T

3498.30

3074.25

1974.481915.06

1777.771738.36

1598.761585.54

1489.69

1451.46

1344.85

1319.49

1206.851177.37

1101.331079.17

1027.24

1000.35

872.40 774.62670.60

646.58

4000.0 3000 2000 1500 1000 400.0

0.0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100.0

cm-1

%T

3057.44 1961.51

1729.63

1595.75

1486.51

1450.00

1262.55

1200.36

1062.50

751.67

704.18

c) Benzoato de fenilo

116

OBTENCIÓN DE BENZOATO DE FENILO REACCIÓN DE SCHOTTEN-BAUMANN

Fenol, NaOH (10%) Cloruro de benzoílo

• Agitar vigorosamente • Filtrar

LÍQUIDO SÓLIDO

Benzoato de fenilo

3) Recristalizar de etanol

LÍQUIDO SÓLIDO

Etanol Benzoato de fenilo

D2

NaOH + Benzoato de Na +

Fenolato de Na

Agregar HCl conc. hasta pH=1, enfriar, filtrar

LÍQUIDO SÓLIDO

Ácido benzoico NaCl, H2O


117

PRÁCTICA

OBTENCIÓN DE ACETATO DE ISOAMILO (ACEITE DE PLATANO)

I. OBJETIVO

a) Preparar un éster a partir de un alcohol y un ácido carboxílico. b) Aplicar algunas técnicas de laboratorio ya conocidas como

son calentamiento a reflujo, extracción y destilación simple.

REACCIÓN

H2O+

O

OH2SO4

OH+HO

C OCH3

Ácido acético Alcohol isoamílico Acetato de

isoamilo Masa molar 60 88.15 130.19

1111

118

(g/mol) Densidad (g/mL) 1.049 0.809 0.876

Punto de ebullición (°C)

116-118 130 142/756 mm Hg

Vol. (mL) 6 4

II. MATERIAL • Matraz pera de una boca de

50 ml 1 • Porta-termómetro 1

• Probeta graduada 25 ml 1 • Colector de destilación 1 • Refrigerante c/mangueras 1 • Vaso de precipitados 250 ml 1 • Anillo metálico 1 • Vaso de precipitados 100 ml 1 • Tela alambre c/asbesto 1 • Matraz Erlenmeyer 250 ml 1 • Mechero c/manguera 1 • Embudo de separación

c/tapón 1

• "T" de destilación 1 • Termómetro -10 a 400o C. 1 • Pinzas de tres dedos • Agitador de vidrio

2 1

• Espátula 1

III. SUSTANCIAS • Alcohol isoamílico 4.5 ml • Sol de NaHCO3 al 5% 22.5 ml • Ácido acético glacial 6 ml • Sol. saturada de cloruro

de sodio 2.5 g

• Ácido sulfúrico conc. 1 ml • Sulfato de sodio anhídro

1 g

IV. INFORMACIÓN

La reacción de un ácido carboxílico con un alcohol en presencia de un catalizador ácido es uno de los métodos habituales para la preparación de ésteres.

119

Tanto la esterificación como la reacción inversa, la hidrólisis de ésteres, han sido muy estudiadas con el fin de elucidar el mecanismo de este proceso reversible.

V. PROCEDIMIENTO

Coloque en un matraz pera de 50 ml de una boca, 4.0 ml de alcohol isoamílico, 6 ml de ácido acético glacial y añada agitando cuidadosamente 1 ml de ácido sulfúrico conc. (Nota 1), agregue núcleos porosos para regular la ebullición y conecte el condensador en posición de reflujo. Caliente la mezcla de reacción en baño de aire manteniendo el reflujo durante una hora. Pasado este tiempo suspenda el calentamiento, retire el baño de aire y enfríe la mezcla de reacción a temperatura ambiente. Pase la mezcla fría a un embudo de separación y agregue cuidadosamente 14 ml de agua fría, lave el matraz de reacción con 2.5 ml de agua y pase al embudo de separación. Agite varias veces, separe la fase acuosa y deséchela. La fase orgánica contiene el éster y un poco de ácido acético, el cual puede ser removido por dos lavados sucesivos con 7.5 ml de una solución de bicarbonato de sodio al 5% (Nota 2) Lave la capa orgánica con 6 ml de agua mezclados con 1.5 ml de una solución saturada de cloruro de sodio. Deseche la capa acuosa, vierta la fase orgánica en un vaso de precipitados y seque con sulfato de sodio anhidro (Nota 3) Monte un aparato de destilación simple (Nota 4), decante la fase orgánica al matraz pera de 50 ml, agregue núcleos porosos para regular la ebullición y destile. El recipiente que reciba el destilado deberá estar en un baño de hielo. Colecte la fracción que destila entre 132-134o C y calcule rendimiento

120

NOTAS 1) Hágalo cuidadosamente y con agitación constante. 2) ¡PRECAUCION! Se produce CO2. Este procedimiento se repite hasta

que la capa orgánica esté alcalina. Verifique pH. 3) Se necesitan casi 15 minutos para que el secado sea completo, si

después de este tiempo la solución sigue turbia, decante la solución y añada otro gramo de agente desecante.

4) El material debe de estar limpio y seco.

VI. ANTECEDENTES 1. - Métodos de obtención de ésteres. 2. - Propiedades físicas, químicas y toxicidad de reactivos y

productos.

VII. CUESTIONARIO

1. - Escriba un mecanismo razonable para la formación del acetato de isoamilo.

2. - Un método para favorecer la formación del éster, es añadir un

exceso de ácido acético. Sugiera otro método que permita desplazar la reacción hacia la formación del éster.

3. - Haga un esquema de la separación del acetato de isoamilo

de la mezcla de reacción. 4. - Explique cuáles son los usos de los ésteres. 5. - Asigne las bandas principales presentes en los espectros de

I.R. a los grupos funcionales de reactivos y productos

121

Espectros de I.R. a) Ácido acético

4000.0 3000 2000 1500 1000 605.03.710

20

30

40

50

60

70

80

90

100.0

cm-1

%T

3138.42 2937.60

2630.302563.41

1716.84

1415.12

1294.99

1053.14

1014.71

934.98 624.37

122

b) Alcohol isoamílico

4000.0 3000 2000 1500 1000 450.03.910

20

30

40

50

60

70

80

90

100.0

cm-1

%T

3332.42

2961.83 2927.742876.47

1462.76 1380.24

1229.831110.22

1046.88

1015.55

900.55663.90

c) Acetato de isoamilo

123

4000.0 3000 2000 1500 1000 450.04.010

20

30

40

50

60

70

80

90

100.0

cm-1

%T

3464.87

2959.95

2872.46

1743.47

1467.01

1387.61

1367.58

1242.26

1171.09

1056.94

962.02

817.79635.59

606.74

VIII. BIBLIOGRAFÍA

a) Pavia, D., Lampman, G.M. y Kriz, G.S. Jr.

Introduction to Organic Laboratory Techniques. W.S. Saunders Co. Philadelphia, USA (1976).

b) Solomons, T.W.G.

Química Orgánica Edit. Limusa (1979).

c) Lehman, J.W.


d) Mohring, J.R., Hammond, C.N., Morril, T.C., Neckers,D.C.

Experimental Organic Chemistry W.H. Freeman and Company New York, USA (1997).

124

Alcohol isoamílico, ácido

acético glacial

Mezcla de Reacción

H2SO4 ÉsterAc. Acético

D1

OBTENCION DE ACETATO DE ISOAMILO(Aceite de plátano)

1) Agregar H2SO4 conc. agitando.2) Calentar a Reflujo.

3) Enfriar.4) Agregar y lavar con agua.

FASE ORGÁNICAFASE ACUOSA

Acetatode Sodio

D2

7) Secar con Na2SO4.

NaCI

D3

Na2SO4

D4

ACETATO DEISOAMILO

Residuo dela destilación

D5

D1, D2, D3, D4: Checar pH, neutralizar y desechar por el drenaje. D5: Mandar a incineraciòn.


6) Lavar con agua+ sol.sat. de NaCI

5) Lavar con NaHCO3 (5%)


RESIDUODESTILADO

8) Desti lación.

LÍQUIDO SÓLIDO

125

PRÁCTICA REACCION DEL HALOFORMO SOBRE LA ACETOFENONA OBTENCIÓN DEL ÁCIDO BENZOICO

I. OBJETIVOS

b) Efectuar la síntesis del ácido benzoico a partir de la acetofenona por medio de la reacción del haloformo.

c) Compruebe la presencia de un grupo carboxilo por medio de una reacción característica.

REACCIÓN

CCH3

O1) NaOCl NaOH

2) HCl

COH

O

+ C

Cl

Cl

Cl

H

Acetofenona

Solución acuosa de hipoclorito de sodio

(cloralex)

Acido benzóico

PM 120. 74 122 Volúmen (mL) 2 80 Densidad (g/mL) 1.03

1122

126

II. MATERIAL Agitador de vidrio 1 Espátula 1 Vaso de pp. de250 mL 1 Vidrio de reloj 1 Probeta de 25 mL 1 Baño de agua eléctrico 1 Buchner c/alargadera 1 Recipiente de peltre 1 Kitasato de 250 mL c/manguera

1 Pinzas de 3 dedos con nuez

2

Matraz Erlenmeyer de 250 mL con tapón

1 Portaobjetos 2

Agitador magnético 1 Embudo de vidrio, tallo corto

1

Matraz de boca esmerilada 125 mL

1 Refrigerante de agua con mangueras

1

Colector 1 T de destilación 1 Tapón esmerilado 1

III. REACTIVOS Solución de hipoclorito de sodio comercial (cloralex)

80 mL Acetona 1 ml

Acetofenona 2 mL Acido clorhídrico (1:1)

200 mL

IV. INFORMACIÓN

a) Entre los métodos para obtener los ácidos carboxílicos se encuentran la oxidación de metilcetonas con hipoclorito de sodio que es un reactivo de bajo costo. b) La reacción de una metilcetona con un halógeno en medio básico es conocida como la reacción del haloformo. c) En esta reacción se forman dos productos: (1) un haloformo, dependiendo del halógeno que se utilice puede ser cloroformo (CHCl3), o bromoformo (CHBr3) o bien yodoformo (CHI3); y un ácido carboxílico que tiene un átomo de carbono menos que la cetona inicial.

127

V. PROCEDIMIENTO Coloque 80 mL de hipoclorito de sodio comercial (solución al 6%) en un matraz de boca esmerilada de 125 mL, agregue 2 mL de acetofenona y agite vigorosamente durante 50 min. Pasado este tiempo, coloque el matraz en un baño de agua caliente y destile el cloroformo producido. Agregue 1 mL de acetona o bisulfito de sodio para eliminar el hipoclorito de sodio que no haya reaccionado y vuelva a colocar el matraz en el baño de agua otros 10 minutos. De ser necesario, decolore la solución con carbón activado y filtre. Acidule la solución en caliente hasta pH=1 con ácido clorhídrico (1:1). Elimine la acetofenona que no haya reaccionado (en forma de aceite) por decantación. Enfríe a temperatura ambiente y coloque en baño de hielo hasta completar la cristalización. Filtre el sólido obtenido y purifique el producto por recristalización con agua caliente. Si aún queda acetofenona, decante nuevamente antes de enfriar la solución. Calcule el rendimiento y determine el punto de fusión. VI. ANTECEDENTES

1. Reacciones de sustitución electrofílica en carbonos (∝) a grupos carbonilo.

2. Formación de carbaniones, estabilidad de los mismos. 3. Oxidación de metil-cetonas. 4. Reacciones de adición-eliminación. 5. Métodos de obtención de ácidos carboxílicos. 6. Reacción del haloformo 7. Características químicas de los ácidos carboxílicos. 8. Solubilidad de los ácidos carboxílicos y sus sales.

128

VII. CUESTIONARIO

1. Explique qué tipo de reacciones se llevan a cabo 2. Escriba el mecanismo de la reacción efectuada. 3. Para qué utiliza la acetona o el bisulfito de sodio en la obtención

de ácido benzoico? 4. ¿Cómo se obtiene el ácido benzoico a nivel industrial? 5. ¿Qué tratamiento deberá darle a los efluentes líquidos antes de

desecharlos en el drenaje?

VI. BIBLIOGRAFIA 1) Allinger, N.L., et al., Organic Chemistry. Worth Pub., Nueva York,

E.U. 1973. 2) March, J., Advanced Organic Chemistry. Wiley Intercience,

3a.Ed., Nueva York, WU, 1985. pp 567. 788, 789. 3) Robertson, G. Ross, Jacobs, T.L., Truce. W.E., Laboratory

Practice of Organic Chemistry, 5a. Ed., Mac Millan, Nueva York, EU, 1974, pp. 325.

4) Solomons, TWJ., Química Orgánica, Limusa, México, 1982, pp. 759-762.

5) Streitwieser, A. y Heathcock, C.H., Introducction to Organic Chemistry. Collier McMillan International, EU, 1976, pp. 367.

129

ESPECTROS DE IR Acetofenona

4000.0 3000 2000 1500 1000 450.03.810

20

30

40

50

60

70

80

90

100.0

cm-1

%T

3351.32

3062.01 3004.18

1683.09

1598.45

1582.23

1448.71

1359.20

1302.18

1265.82

1179.83

1078.06

1024.02

955.31

927.24

760.32690.60

588.82

Acido benzoico

130

OBTENCIÓN DEL ACIDO BENZOICO

D1: Filtre los sólidos presentes. Neutralice la solución y elimine por el

drenaje. Precauciones: Acetofenona LD50= 810 mg/kg: tóxico e irritante por inhalación,

ingestión o adsorción en la piel. Ácido benzoico LD50= 2538 mg/kg: Produce por ingestión problemas

gastrointestinales y alergias. Disposición (ambos): disuelva en un disolvente inflamable e incinérese

en forma correcta. Productos de descomposición: CO y CO2

Cloroformo

Acetofenona+

NaOCl

Mezcla de reacción +

Acetona

1) Agitar 50 min 2) Destilar en B.M.

3) Calentar en B.M. 10 min 4) Acidular 5) Enriar a T.A. 6) Cristalizar en baño de hielo 7) Filtrar

NaCl Trazas deproducto

Ácido Benzoico

Sólido Solución

D1

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