trabajos practicos de quÍmica orgÁnica y bioorgánica...- el presentismo y puntualidad en el...

E.T. Nº 27 DE 18 HIPÓLITO YRIGOYEN Estudiante: Curso:

TRABAJOS PRACTICOS DE QUÍMICA ORGÁNICA Y BIOORGÁNICA

Guía de Trabajos Prácticos

Profesor Luca Terraciano


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Material del laboratorio de química orgánica:

En el laboratorio de química orgánica se cuenta con una gran cantidad de material para efectuar las diversas

prácticas de laboratorio. Es por esto, y por su costo elevado, que el material que la Escuela te brinda está dividido

en dos:

- El material que cada curso encuentra en su armario, del cual hace el recuento al inicio y fin de la cursada, y se

organizan para que,e al final del año escolar se encuentre en las mismas o mejores condiciones de las que fue

entregado.

- El material común a todos los cursos que el/la ayudante de laboratorio te entrega al inicio de la clase y debe

ser devuelto al final, en las mismas o mejores condiciones. En caso de que, en el transcurso de la práctica,

alguno de estos materiales se deterioré o se rompa, el curso responsable deberá hacerse cargo de reponerlo

en el menor tiempo posible, pues el resto de los cursos de química orgánica utilizarán ese mismo material

para hacer sus prácticas de laboratorio.

Además del material brindado por la Escuela, cada curso, grupo y estudiante es responsable de traer ciertos

materiales de uso personal para poder realizar los trabajos prácticos. Los mismos son:

- Por curso (estos pueden guardarse en el armario personal del curso): Un tarro de capilares, 3 L de etanol de

farmacia, Dos cajas de guantes de latex.

- Por grupo: Tijera, Etiquetas adhesivas, Rollo de papel, Tijera, Papel Film, Cinta adhesiva, Fósforos y/o

encendedor.

- Por estudiante: Gafas, Guardapolvo, Espátula metálica, Varilla de vidrio, Broche de madera, Perita o

propipeta, Marcador indeleble, Lápiz, Regla, Trapos o repasador, Libreta de laboratorio.

Régimen de cursada y aprobación de los trabajos prácticos de química orgánica y bioorgánica:

En la calificación final de cada trimestre el docente tendrá en cuenta:

1) El desempeño personal en el laboratorio, que estará dado por:

- La habilidad y uso de material de laboratorio y de la realización de las prácticas, así como de los resultados

obtenidos en las mismas. En todo esto también entra la responsabilidad en el laboratorio.

- El conocimiento demostrado en las prácticas realizadas y la participación en las clases.

- La aplicación de las normas de seguridad e higiene en el laboratorio (por ejemplo: uso de gafas).



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- El presentismo y puntualidad en el horario de clase.

2) La aprobación de los informes (en tiempo y forma) y exámenes que realizarás en base a las prácticas. El

docente también puede incluir evaluaciones experimentales, parcialitos iniciales y finales, o trabajos

integradores.

3) El trabajo grupal en el laboratorio y el respeto por los demás.

En este laboratorio se trabajará en grupos de no más de tres personas, a menos que el docente indique lo contrario.

Los trabajos prácticos deben ser leídos antes de comenzar la clase por todos los miembros del grupo, y cada uno

debe tener un esquema de trabajo antes de comenzar la práctica.

El/la ayudante de laboratorio te entregará el material común y te ayudará a lo largo de la práctica con el material

requerido. También debes respetar sus indicaciones si el mismo te las da.

Recuerda que al finalizar el laboratorio has estado en contacto con reactivos, por lo que nunca está demás lavarse

las manos.



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Índice

Trabajo Práctico Nº 1: Ácidos Carboxílicos – Obtención de ácido benzoico………………………. Pág. 4

Trabajo Práctico Nº 2: Aldheídos y Cetonas – Adición nucleofílica……………………………….. Pág. 10

Trabajo Práctico Nº 3: Aldheídos y Cetonas – Condensación aldólica…………………………….. Pág. 17

Trabajo Práctico Nº 4: Derivados de Ácidos Carboxílicos – Ésteres………………………………. Pág. 22

Trabajo Práctico Nº 5: Protección y Desprotección de Grupos Funcionales……………………….. Pág. 29

Trabajo Práctico Nº 6: Aminas y Colorantes Orgánicos……………………………………………. Pág. 40



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Trabajo Práctico N° 1: Ácidos Carboxílicos – Obtención de Ácido Benzoico

Introducción:

Los ácidos carboxílicos pertenecen uno de los grupos de los compuestos carbonílicos más importantes; no sólo

son importantes por ellos mismos, sino también sirven en la síntesis de los llamados derivados de ácidos (haluros

de acilo, anhídridos de ácido, ésteres y amidas), y además el grupo funcional que los caracteriza, el grupo

carboxilo (–COOH o –CO2H), está presente en muchas moléculas con gran importancia bioquímica y biológica

(como los aminoácidos, los ácidos grasos, etc…).

Numerosos ácidos carboxílicos se encuentran en la naturaleza; el ácido acético es el componente principal del

vinagre; el ácido butanoico le da el olor desagradable a la manteca rancia mientras que el ácido hexanoico es

responsable del olor a cabras y a los calcetines de gimnasia que no han sido lavados. Otros ácidos son, por

ejemplo, el ácido cólico, un componente importante de la bilis humana, y los ácidos carboxílicos de cadena larga

como el palmítico, un precursor biológico de grasas y otros lípidos.

Todo eso motiva a desarrollar métodos de obtención de ácidos; entre las diversas formas la oxidación de

aldehídos, ya que éstos se oxidan fácilmente a ácidos.

Fundamentos Teóricos:

El grupo carboxílico está formado por un grupo carbonilo unido a un grupo hidroxilo:

El átomo de carbono presenta una hibridación sp2, por lo que presenta una geometría triangular plana. Este es un

centro electrofílico debido a que los átomos de oxígeno polarizan los enlaces dejando una densidad positiva sobre

éste átomo.

Los ácidos carboxílicos pueden considerarse como derivados del ácido carbónico, que se obtienen al sustituir uno

de sus grupos hidroxilos con una cadena carbonada. Si bien comparten varias características con el ácido

carbónico, éstos son mucho más estables que éste último.

Los ácidos carboxílicos pueden establecer uniones puente hidrógeno, lo que hace que presenten puntos de fusión

y ebullición superiores a los hidrocarburos de igual número de átomos de carbono (los que presentan pocos

átomos de carbono suelen ser líquidos volátiles, mientras que al aumentar la cantidad de carbono se vuelven

sólidos grasosos); también, los que presentan pocos átomos de carbono son muy solubles en agua.

Este grupo carboxilo presenta carácter ácido (por esto el nombre de los compuestos que lo presentan es ácidos

carboxílicos), debido a que el hidrógeno del grupo hidroxilo puede disociarse dejando un grupo carboxilato

estabilizado por resonancia:



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La pKa de los ácidos suele ser cercana a 5, pero el valor de ésta puede variar en función de los demás grupos

funcionales presentes en la molécula.

Reaccionan con bases formando sales (los carboxilatos) por lo que su pureza puede determinarse mediante

valoraciones ácido-base.

( ) ( )

( ) ( )

Existen diversos métodos para la obtención de ácidos carboxílicos, entre los cuales se tratarán los mediante una

oxidación de alguna forma reducida de los mismos (alcoholes primarios o aldheído).

[ ]→

[ ]→ ( )

( ) [ ]→

[ ]→

En química orgánica suele entenderse por oxidación al proceso por el cual una molécula aumenta la cantidad de

átomos de oxígeno que presenta o bien cuando reduce su número de hidrógenos; se entiende por reducción al

proceso inverso (aumentar el número de átomos de hidrógenos o reducir el número de oxígeno en la molécula).

Si encaramos una reacción de oxido-reducción orgánica desde el punto de vista de la química general, tendríamos

que poder establecer los estados de oxidación del átomo de carbono en los distintos grupos funcionales. Esto se

hace considerando las uniones entre el carbono y los demás átomos; si el átomo es más electronegativo que el

carbono, contribuye con un +1 al estado de oxidación por cada enlace, y si es menos electronegativo contribuye

con un -1 al estado de oxidación por cada enlace. Los enlaces C-C no contribuyen al estado de oxidación, pues la

diferencia de electronegatividad en este caso es 0. Así, por ejemplo, para los grupos funcionales alcohol primario,

aldheído y carboxilo:

Como se ve, determinando los estados de oxidación de los átomos de carbono podemos llegar a la misma

conclusión que con la definición orgánica de reacción de oxido-reducción.



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Los oxidantes más comunes empleados para alcoholes primarios y aldehídos son permanganato de potasio en

medio básico seguido de una hidrólisis ácida, o bien dicromato de potasio en medio ácido. Los aldehídos se

oxidan más fácilmente que los alcoholes primarios.

[ ]→ ( )

[ ]→ ( )

Donde [O]= 1) KMnO4 en ½ HO- 2) H2O en ½ HCl o K2Cr2O7 en ½ H

+.

La oxidación en medio básico con permanganato produce la sal del ácido carboxílico que en una segunda etapa se

hidroliza con ácido clorhídrico para regenerar el ácido. Si éste ácido es poco soluble en agua fría (como lo suelen

ser los ácidos carboxílicos aromáticos), éste precipitará, y podrá separarse fácilmente por filtración.

Entre las consideraciones experimentales que deben tenerse es importante usar un exceso de agente oxidante para

asegurar la completa oxidación del compuesto orgánico, y considerar algún reactivo que pueda destruir el exceso

de éste sin modificar al producto deseado. Por ejemplo, para destruir el exceso de permanganato puede emplearse

etanol o solución de peróxido de hidrógeno en medio neutro que reduce el permanganato a dióxido de manganeso,

el cual puede separarse por filtración.

( ) ( ) ( ) ( )

( ) ( )

( ) ( ) ( )

( ) ( ) ( )

La oxidación del benzaldehído permite la obtención de ácido benzoico, precursor de un gran número de productos

comerciales. La síntesis llevada a cabo por la oxidación del permanganato de potasio en medio básico; de ésta

forma se obtiene el benzoato de potasio que queda solubilizado.

( ) ( ) ( )

( ) ( ) ( )

La hidrólisis ácida del benzoato por acción del ácido clorhídrico se forma el precipitado de ácido benzoico que

puede separarse por filtración, recristalizarse en agua y comprobar su pureza mediante una cromatografía en capa

delgada o bien, mediante su titulación con hidróxido de sodio.

( ) ( ) ( )

Dado que el ácido benzoico es muy soluble en agua caliente, es importante poder calcular la cantidad del mismo

que queda disuelta luego de la recristalización. Esto puede hacerse de manera sencilla midiendo la temperatura

ambiente y determinando la solubilidad a la temperatura de trabajo; luego con el volumen de las aguas madres

puede calcularse la fracción que queda disuelta:

T (°C) 0 25 50 75

s (g/L) 1,7 2,9 9,5 22,0



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Parte Experimental:

Materiales: Erlenmeyers, Vasos de Precipitados, Pipetas, Espátula, Equipos de Filtración al Vacio, Papel de

Filtro, Mechero, Telas Metálicas, Latas para Baño María, Probetas, Varilla de Vidrio, Termómetros,

Encendedores o Fósforos, Vidrio de Reloj o Cristalizador, buretas, agarraderas, placas de CCD, Lámpara UV.

Reactivos: Benzaldehído, Permanganato de Potasio, Solución al 5 % de Hidróxido de Sodio, Etanol, Ácido

Clorhídrico Concentrado, Acetato de Etilo, Hexano, Solución de Hidróxido de Sodio o Potasio 0,1 M,

Fenolftaleína.

Procedimientos:

- Síntesis del Ácido Benzoico: En un erlenmeyer colocar 25 mL de hidróxido de sodio al 5 % junto con 2,5 mL

de benzaldehído y agregar de a porciones 4 g de permanganato de potasio lentamente, calentando en baño

maría sin que hierva el agua. El permanganato es un oxidante fuerte, y puede reaccionar violentamente, por lo

que debe tenerse cuidado en el agregado de éste. Agitar esporádicamente para homogeneizar el sistema. Se

observará que el color violeta intenso del permanganato cambia en primera instancia a verde y termina en un

color pardo, dado por el dióxido de manganeso formado. Una vez que todo el violeta ha pasado a pardo,

agregar una nueva porción de permanganato (ten en cuenta que éste se agrega en exceso respecto al

benzaldehído). El agregado de los 4 g de permanganato de potasio no debe durar menos de media hora. Si el

permanganato quedara adherido a las paredes del erlenmeyer, éste puede arrastrarse con un poco de agua (sin

que el volumen final supere los 75 mL).

Una vez que se ha añadido la última porción de permanganato, dejar en el baño maría por 10 minutos más

agitando esporádicamente. Una vez que transcurrió este tiempo, es posible que el color violeta del

permanganato persista, para eliminarlo se añaden 5 a 20 mL de etanol y se calienta 15 minutos más a baño

maría. Se filtra la solución en caliente al vacío por embudo Buchner y se lava el dióxido de manganeso

retenido en el filtro con agua caliente.

Trasvasar el líquido filtrado a un vaso de precipitados y agregar ácido clorhídrico hasta precipitación

completa. Separar por filtración al vacío por embudo Buchner en frío. Al sólido retenido en el filtro, pasarlo a

un vaso de precipitados y recristalizarlo con agua caliente (medir el volumen de agua que queda luego de

filtrar los cristales y tomar nota de la temperatura). Secar los cristales, pesarlos y calcular el rendimiento de la

síntesis (y el rendimiento de la cristalización, según indique el docente).

- Análisis por Cromatografía en Capa Delgada (C.C.D.): Preparar la placa marcando la línea de sembrado con

lápiz, y realizar el sembrado del ácido disolviendo una pequeña cantidad del ácido benzoico disuelto en acetato

de etilo con ayuda de un capilar. Sembrar además un patrón de ácido benzoico puro y de benzaldehído.

Marcar a un centímetro del otro extremo de la placa una línea con lápiz (la línea de referencia). No tocar la

placa con las manos, emplear una pinza metálica.

En un vaso de precipitados, que se empleará como cuba de cromatografía y colocarle menos de un centímetro

de altura de una mezcla (el solvente de corrida) de acetato de etilo-hexano 1:1, tapar con un vidrio de reloj

dejar 10 a 15 minutos para que la misma se sature con el vapor.

Colocar la placa en la cuba de cromatografía lo más vertical posible, y dejar que el solvente suba hasta la línea

de referencia; en ese momento retirar y dejar secar. Observar la placa en una lámpara UV y marcar con un

lápiz las manchas observadas. Calcular la relación de frentes y sacar conclusiones.



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- Análisis del ácido benzoico sintetizado por valoración ácido-base: En un erlenmeyer pesar 0,1500 g del ácido

benzoico sintetizado, disolver en 100 mL de una mezcla de agua-etanol 1:1 y agregar dos gotas de

fenolftaleína.

Cargar la bureta con solución de hidróxido de sodio 0,1 M y titular la solución del erlenmeyer hasta que la

fenolftaleína vire a color rosado claro que persista por 30 segundos.

Realizar por duplicado y calcular la pureza del producto obtenido con los datos del análisis.

Cuestionario:

1) Describe con ecuaciones químicas balanceadas las reacciones llevadas a cabo en la síntesis del ácido benzoico

a partir benzaldehído. Equilibrar por el método del ion-electrón las reacciones que sean de oxidoreducción.

Indicar el estado de oxidación de los carbonos carbonílicos.

2) ¿De qué aldehído debería partirse para obtener el ácido p-nitrobenzoico? Escribe la ecuación química

simplificada.

3) ¿Qué observación te permite reconocer que debe agregarse una nueva porción de permanganato?

4) ¿Por qué debe acidificarse una vez que la solución se separa del dióxido de manganeso? Escribe la ecuación

química que representa la reacción que ocurre.

5) ¿Qué ventaja tiene emplear al permanganato de potasio en medio básico como agente oxidante?

6) ¿Cuál es el reactivo en exceso en la síntesis? Propón tres sustancias que puedan usarse para destruir el exceso

del mismo y escribe las ecuaciones químicas que representan las reacciones que ocurren equilibradas por el

método del ion-electrón.

7) En una placa cromatográfica se siembra el ácido benzoico sintetizado (siembra 1) frente a un patrón de ácido

benzoico (siembra 2) y otro de benzaldheído (siembra 3) y se obtuvo la siguiente placa, revelada con luz UV:

a) Indique a cuál compuesto corresponde cada mancha. Justifica tu respuesta.

b) ¿Fue completa la reacción?

8) Se hacen reaccionar 10 g de permanganato de potasio con 6 cm3 de benzaldheído (δ= 1,04 g.cm-3

).

Posteriormente se acidifica para recuperar el ácido, y este se filtra y se recristaliza en agua obteniéndose 5,65

g.

a) Calcular el rendimiento de la síntesis, sabiendo que la curva que describe la solubilidad en función de la

temperatura está dada por S (g/L)= 0,0043.t2 – 0,0546.t + 1,8768 y que el volumen de las aguas madres es

150 mL. La temperatura de las mismas en las condiciones de la síntesis era 10 °C.



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b) Calcular el rendimiento de cristalización.

c) Se pesan 1,1556 g del ácido sintetizado y se disuelven en 100 mL de mezcla alcohol agua 1:1. Se titula

con hidróxido de sodio 0,1000 M gastándose 9,85 mL. Un duplicado en el que se pesaron 1,1658 g se

disolvió en la misma mezcla y se gastó, titulando con el mismo hidróxido, 10,10 mL de hidróxido.

Determina la pureza del ácido sintetizado y calcula el rendimiento real de la síntesis.

9) ¿Qué volumen de benzaldehído debe emplearse para obtener 5 g de ácido benzoico?

10) Si al registrar la temperatura de las aguas madres, se usa un termómetro que registre una temperatura 5 °C

menos que la temperatura real, ¿qué tipo de error se comete en el rendimiento de cristalización? ¿y en el de

síntesis? Justifique sus respuestas.

Bibliografía:

- Guía de trabajos prácticos del profesor Diego Amato.

- BRUICE P. – Química Orgánica, 5ta edición – Editorial: Pearson.

- Galagovsky L. – Química Orgánica, Fundamentos Teórico-Prácticos para el Laboratorio – Editorial: Eudeba.



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Trabajo Práctico N° 2: Aldehídos y Cetonas – Adición Nucleofílica

Introducción:

Los aldehídos y cetonas son compuestos orgánicos que se caracterizan por tener un grupo carbonilo. La diferencia

entre estos compuestos radica en la posición del grupo funcional antes mencionado: En los aldehídos el carbonilo

siempre es terminal, mientras que en las cetonas se encuentra en el medio de la cadena carbonada. El cambio en la

posición de este grupo hace que las propiedades químicas de ambos tipos de compuestos sean lo suficientemente

diferentes como para hacer esta distinción.

El grupo carbonilo está formado por la unión doble de un átomo de carbono y uno de oxígeno y, dado que este

último es más electronegativo que el primero, la nuble electrónica está desplazada hacia el oxígeno, por lo que

este grupo funcional puede representarse con las siguientes estructuras resonantes:

La deficiencia electrónica del carbono, su geometría plana que reduce su impedimento estérico, la relativa

facilidad con la que los enlaces π se rompen y el hecho de que los grupos –H y –R sean malos grupos salientes

son los motivos por los cuales los aldehídos y cetonas siguen el mecanismo de adición nucleofílica. Algunas de

las reacciones más importantes que siguen este mecanismo son:



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En este trabajo práctico estudiaremos en particular las reacciones de adición nucleofílica entre grupos carbonilos

y sustancias nitrogenadas.


En la versión más general, este mecanismo de adición nucleofílica presenta los siguientes pasos: El ataque de un

nucléofilo al carbono carbonílico desplazando los electrones π hacía el oxígeno, el cual queda cargado

negativamente y puede protonarse formando un grupo hidroxilo. Este grupo hidroxilo muchas veces se pierde

como agua.

Este mecanismo tiene lugar tanto en medio ácido como en medio básico, diferenciándose principalmente por la

primera etapa.

El proceso es más irreversible cuanto más fuerte es el nucleófilo que ataca al carbono carbonílico.

Los aldehídos suelen ser más reactivos que las cetonas, porque al presentar sólo uno (o ninguno para el caso del

formaldehido) grupo alquilo, la densidad positiva se ve menos estabilizada por efecto inductivo.



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Los compuestos nitrogenados son excelentes nucleofilos, y dan reacciones de adición nucleofílica generalmente

en medio ácido (variando la fuerza del mismo con el nucleofilo empleado). En la primera parte del mecanismo se

adiciona la amina al carbono carbonílico formándose una α-hidroxiamina protonada que posteriormente se

deshidrata para dar lugar al producto final.

El Z unido al átomo de nitrógeno puede ser una cadena carbonada u otro grupo. El siguiente cuadro resume las

condensaciones amínicas con los principales con los correspondientes productos:



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A partir del mecanismo podemos ver que la reacción entre el grupo amino y el grupo carbonilo estará fuertemente

condicionada por el pH de la solución, pues el carbonilo por sí sólo no presenta una densidad positiva lo

suficientemente intensa como para favorecer el ataque nucleofilico. Es por esto que la reacción se lleva a cabo en

un medio ácido (más o menos fuerte, dependiendo de los reactivos), para que, de esta forma, el oxígeno del

carbonilo se protone y aumente la densidad positiva sobre el carbono (esto se conoce como la activación del

carbonilo). El grupo Z determina el medio en el cual se llevará a cabo la reacción: cuanto mayor sea la capacidad

de este de atraer electrones (disminuyendo la nucleofilia, mayor tendrá que ser la acidez del medio.

También debe tenerse en cuenta que, a mayor acidez, las aminas se protonan perdiendo su nucleofilia:

Las aminas, las hidracinas suelen formar derivados con compuestos carbonílicos en un rango de pH de 4 a 5.

Resulta particularmente interesante obtener osazonas de carbohidratos, pues esto permite caracterizarlos y

conservarlos (los productos se hidrolizan regenerando al carbohidrato).

La reacción entre aldehídos y cetonas con hidracina puede dar la reducción de Wolf Kishner si el medio es

fuertemente básico.

→

En el caso de la 2,4-DNP (llamada reactivo de Brady), la densidad electrónica del nitrógeno se ve muy disminuía

por la presencia de los grupos atractores de electrones (presenta una basicidad y una nucleofílica bastante más

débil que las aminas e hidracidas comunes), y de esta manera se requiere un medio fuertemente ácido para que el

carbonilo esté lo suficientemente activado y sea atacado por el reactivo de Brady. Es por eso que para sintetizar

las 2,4-difenilhidrazonas se utiliza como medio ácido sulfúrico concentrado.

Una característica interesante es que las 2,4-difenilhidrazonas es que presentan un hidrógeno ácido, y el mismo

puede perderse por reacción con hidróxido de sodio. En este proceso, los electrones del nitrógeno entran en

resonancia y esto provoca cambios de coloración del compuesto, el cual no ocurre por reacción con bicarbonato

de sodio. Con esta reacción pueden diferenciarse aldehídos que no presenten ciertos grupos funcionales (como

fenoles) de los que si los tienen.



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Parte Experimental:

Materiales: Vasos de precipitados, Tubos de Ensayos, Gradillas, Cristalizador, Pipetas, Equipos de filtración

al vacio, Papel de filtro, Hielo, Microscopio.

Reactivos: Benzaldehído (u otros aldehídos), Ciclohexanona, Glucosa, 2,4-Difenilhidracina, Clorhidrato de

fenilhidrazonio, Clorhidrato de hidroxilamina, Ácido sulfúrico concentrado, Acetona, Etanol, Hidróxido de

sodio 10 %, Bicarbonato de sodio al 10 %, Acetato de sodio, Bisulfito de sodio.

Procedimientos:

- Síntesis de una Osazona: Mezcle en un tubo de ensayos 0,8 g de clorohidrato de fenilhidracina, 1,2 g de

acetato de sodio y 8 mL de agua. Añada 0,4 g de glucosa y caliente a baño maría con agua hirviendo, y

observe el tiempo de precipitación. Agite ocasionalmente para evitar la sobresaturación.

Después de 20 minutos, retire el tubo y déjelo enfriar. Separe los cristales obtenidos por filtración y

obsérvelos al microscopio. Si se formaran productos alquitranados (a causa de la oxidación de la

fenilhidracina) puede evitarse agregando 0,5 mL de solución saturada de bisulfito de sodio.

- Síntesis de una Oxima: En un tubo de ensayos disolver 1 g de clorhidrato de hidroxilamina en 5 mL de agua

añada 4 mL de hidróxido de sodio al 10 %, y 0,5 g o mL de ciclohexanona (pueden emplear otros aldehídos o

cetonas si el docente lo indicara). Si el compuesto es insoluble en agua, agregue la mínima cantidad de etanol

para obtener una solución clara (si es necesario, trasvase a un vaso pequeño la mezcla). Caliente la mezcla en

baño maría hirviendo por 15 minutos. Luego deje enfriar a temperatura ambiente y finalmente en baño de

hielo (si la cristalización tardara demasiado, indúzcala raspando las paredes del recipiente con una varilla de

vidrio). Agregue 2 mL de agua y filtre al vacio el producto. Seque el producto y transfiéralo a un cristalizador

previamente pesado y luego determinar la masa obtenida.

- Síntesis de la 2,4-Difenilhidrazona: En un vaso de precipitados pequeño o en un tubo de ensayos colocar 10

mL de ácido sulfúrico concentrado y colocarlo en baño de hielo. Disolver 0,2 g de 2,4-difenilhidracina

agitando con mucho cuidado y sin retirar del baño de hielo. Una vez disuelto, retirar del baño de hielo y

esperar a que llegue a temperatura ambiente.

Tomar 1 mmol de benzaldehído (pueden emplear otros aldehídos o cetonas si el docente lo indicara), y

agregarlo lentamente con agitación. Comenzará a formarse un precipitado cristalino. Continúa agitando diez

minutos, luego adiciona 10 mL de agua y agita tres minutos más. Filtrar el precipitado obtenido al vacio.

Arrastrar los restos que puedan quedar en el vaso con agua y lavar dos veces con etanol frío (no uses más de 3



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mL de etanol). Dejar el producto que se seque por succión por cinco minutos. Transfiere el producto a un

cristalizador previamente pesado y luego determinar la masa obtenida.

En un vaso de precipitados pequeño colocar una punta de espátula del producto obtenido y disolverla en 10

mL de acetona. Registrar los cambios observados al agregar:

I) Bicarbonato de sodio al 10 %.

II) Hidróxido de sodio 10 %.

Cuestionario:

1) ¿Qué compuesto esperas que reaccione más fácilmente frente a una adición nucleofílica, un aldehído o una

cetona? Justifica.

2) Escriba las estructuras de los productos de condensación amínica entre:

a) 2-hidroxibenzaldehído con 2,4-DNP.

b) Acetaldehído con hidracina (Ph-NH-NH2).

c) Glucosa con fenilhidracina.

Planee los mecanismos correspondientes.

3) Discuta la influencia del pH en el que se llevan a cabo las reacciones de obtención de oximas, 2,4-

dinitrofenilhidrazonas, y osazonas.

4) ¿Pueden obtenerse hidrazonas en medio básico? Explique y formule las reacciones correspondientes.

5) Explique por qué la condensación amínica entre un compuesto carbonílico y la 2,4-DNP debe realizarse en

medio sulfúrico concentrado ¿qué ocurriría si se realizara en este medio la condensación amínica empleado

fenilhidracina (Ph-NH-NH2)?

6) ¿Podría realizar la obtención de la 2,4-difenilhidrazona en medio alcalino? Justifique.

7) ¿Por qué debe lavarse con etanol al producto de la 2,4-DNP con etanol? ¿por qué debe agregarse solución de

bisulfito de sodio saturada en la obtención de osazonas de carbohidratos?

8) La vainillina y el cinamaldehído son dos compuestos carbonílicos que son responsables del olor

característico de la vainilla y de la canela respectivamente. Sus estructuras se presentan a continuación:



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Un técnico químico que sufre de anosmia debe identificar a estos aldehídos, y para esto obtiene las

2,4-difenilhidrazonas de cada uno, rotulándolos como 1 y 2. A estos productos se les realizan los siguientes

ensayos:

I) En la reacción de caracterización con bicarbonato de sodio el producto 1 cambio de color amarillo a

naranja-rojizo, mientras que el producto 2 no tuvo cambios. En la reacción con hidróxido de sodio ambos

productos tomaron una coloración violeta.

II) Un análisis por C.C.D. dio como resultado la siguiente placa:

A partir de esta información:

a) Formula las reacciones de obtención de la 2,4-difenilhidrazonas. Para una de las dos, escribe el

mecanismo de reacción.

b) Interpretar los cambios observados en el ensayo de caracterización, empleando ecuaciones químicas

balanceadas.

c) En base a la placa y al ensayo de caracterización, indica cuál es el aldehído 1 y cuál es el aldehído 2,

justificando tu razonamiento.

d) Teniendo en cuenta que se parte de la reacción entre 2 g de 2,4-DNP y 0,5 g de ambos aldehídos,

calcule la masa obtenida de cada hidrazona. Ten en cuenta que el rendimiento de estas reacciones suele

ser del 89 %.

9) Se hacen reaccionar 20 mL de solución de 2,4-DNP al 0,1 % en ácido sulfúrico concentrado (98 % m/m) con

5 mmol de p-metoxibenzaldehído. El producto se filtra, se seca y se pesa.

a) Formule la reacción que tiene lugar, con su mecanismo de reacción.

b) Determine qué volumen de p-metoxibenzaldehído deberá emplear en la práctica.

Dato: δp-metoxibenzaldehído= 1,12 g/cm3 y la masa de producto que se obtendrá.

c) ¿Cuál es el reactivo limitante? ¿Qué ventaja experimental tiene utilizar uno de los reactivos en exceso?

d) Si la solución de 2,4-DNP se disolviera en ácido clorhídrico concentrado (36,5 % m/m) el lugar de

sulfúrico ¿cómo influiría esto en el rendimiento de la reacción?

e) ¿Podría caracterizar al producto con bicarbonato de sodio?

f) Esquematice la placa cromatográfica que espera obtener si el producto obtenido se hace correr frente a la

2,4-difenilhidrazona de la acetofenona.

Bibliografía

- Guía de Trabajos Prácticos de Química Orgánica II 2do Cuatrimestre 2014 – FCEN, UBA.

- Shriner. Identificación Sistemática de Compuestos Orgánicos. Editorial Limusa.



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Trabajo Práctico N° 3: Aldehídos y Cetonas - Condensación Aldólica

Introducción:

La condensación aldólica es una de las llamadas “reacciones poderosas” de la química orgánica, pues permite

sintetizar compuestos con un nuevo enlace C-C. Los productos de esta reacción son compuestos alfa-beta

insaturados, que son muy empleados en síntesis orgánica, aunque también tienen otras aplicaciones comerciales.

La dibenzalacetona es el producto de la condensación aldólica entre la acetona y el benzaldehído. Esta se emplea

comercialmente como principio activo en protectores solares por presentar cadenas de dobles enlaces conjugados

que son capaces de absorber la radicación UV emitida por el Sol:


Las condensaciones corresponden a un conjunto de reacciones químicas en las cuales dos moléculas se unen

eliminando una molécula pequeña (en general una molécula de agua o algún alcohol pequeño); en las

condensaciones aldólicas, una molécula de aldehído o cetona que presenta hidrógenos alfa (hidrógeno en el

carbono contiguo al carbono carbonílico) se une a otro aldehído o cetona, formándose un intermediario conocido

como aldol, que posteriormente se deshidrata formando al producto de la condensación.

El grupo carbonilo es un atractor de electrones debido a la gran electronegatividad del átomo de oxígeno, esto

produce que, por efecto inductivo, los enlaces C-H de los carbonos sp3 en posición alfa al carbonilo se polaricen y

por ende estos hidrógenos presenten cierta acidez:

Los valores de las pKas de estos hidrógenos para los aldehídos y cetonas están comprendidos entre 16 y 20,

mucho más ácidos que los hidrógenos de los hidrocarburos alifáticos (cuyo valor de pKa es superior a 60 para

los alcanos).



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Tabla 1, valores de pKa de algunos compuestos carbonílicos

Estos hidrógenos pueden captarse con bases adecuadas, dando lugar a un carbanión que se estabiliza por

resonancia, formando un anión enolato (cuanto más estable sea la base conjugada formada, más ácidos serán los

hidrógenos del compuesto):

Este enolato es un excelente nucleófilo que es capaz de atacar a electrófilos, como un carbono carbonílico de un

aldehído o una cetona no enolizado, dando lugar a la condensación aldólica.

Los hidróxidos y los etóxidos son bases más débiles que los enolatos, y es por esto que con estas bases sólo una

pequeña cantidad del compuesto carbonílico se encuentra enolizado y disponible para atacar a algún electrófilo en

el sistema; sin embargo, los enolatos son muy buenos nucleófilos, y una vez formado atacan a cualquier

electrófilo del sistema, el equilibrio de enolización hacía la derecha, formando más enolato disponible para la

reacción. Esto explica que la reacción sea lenta, y se requiera un tiempo para que la misma evolucione y se

obtenga un rendimiento razonable.

En general, esta reacción da mejores resultados cuando se quieren condensar dos compuestos carbonílicos, uno

con hidrógenos alfa y otro sin hidrógenos alfa, ya que de esta forma sólo uno de éstos puede enolizarse. Así,

puede formarse un compuesto de condensación cruzada (el que se genera por la reacción entre el compuesto

carbonílico con hidrógenos alfa y el que no los presenta), y el producto de autocondensación (el que se genera

por la reacción entre dos moléculas compuesto carbonílico, una enolizada y otra sin enolizar).

La autocondensación puede desfavorecerse preparando una mezcla de la base y el compuesto carbonílico sin

hidrógenos alfa, y agregando a ésta el compuesto carbonílico enolizable. También es razonable usar como

reactivo limitante a éste último.



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Estudiaremos el mecanismo de esta reacción para la condensación de la acetona con el benzaldehído, catalizada

por el hidróxido de sodio. Dado que el benzaldehído es un aldehído sin hidrógenos en el carbono alfa, éste no

puede enolizarse, y, por lo tanto, sólo lo hará la acetona:

Este enolato ataca al carbono carbonílico del benzaldehído, uniéndose, y formando al intermediario conocido

como aldol:

Finalmente, el aldol se deshidrata formando el compuesto de condensación aldólica.

Como la acetona aún tiene un hidrógeno enolizable, ésta puede reaccionar con otra molécula de acetona formando

finalmente la dibenzalacetona.



Pág. 20

Al preparar la mezcla de reacción, deben tenerse en cuenta algunas consideraciones experimentales:

No mezclar inicialmente la acetona con el hidróxido de sodio ya ésta puede autocondesarse.

Usar un exceso de benzaldehído ya que el exceso de éste no se enolizará, para que se condensen con los dos

hidrógenos alfa disponibles de la acetona y para desplazar el equilibrio de la reacción hacía la derecha.

La reacción puede finalizarse agregando algún ácido que neutralice el hidróxido de sodio, de ésta forma no se

enolizará más compuesto carbonílico y no será factible la condensación aldólica.

El benzaldehído no es miscible con soluciones acuosas, por lo que es necesario agregar algún solvente

orgánico que favorezca su mezcla (cómo etanol).

Parte Experimental:

Materiales: Erlenmeyers, Pipetas Graduadas, Vasos de Precipitados, Equipos de Filtración al Vacío, Papel de

Filtro, Mechero, Latas para Baño María, Varilla de Vidrio, Encendedor o Fósforo, Hielo, Aparato de Fisher-

Jones o Tubos de Tiel, Termómetros.

Reactivos: Acetona, Benzaldehído, Solución de Hidróxido de Sodio 2 N, Ácido Acético Glacial, Etanol.

Procedimiento: En un erlenmeyer de 125 mL colocar 7 mmol de acetona y 20 mmol de benzaldehído1.

Agregar a esta mezcla 10 mL de etanol al 95 % y 7,5 mL de solución acuosa de hidróxido de sodio 2 N. Dejar

reaccionar, agitando periódicamente. Si no observa precipitación, raspe las paredes con una varilla para que la

mismas se inicie. Este procedimiento puede llevar entre 15 a 20 minutos calentando suavemente a baño maría.

Dejar enfriar, y llevar a un baño de hielo, luego se filtra al vacío y se lava con sucesivas porciones de etanol al

95 % frío, ácido acético al 4 % en etanol al 95 % frío y finalmente etanol al 95 % frío.

Recristalizar en etanol al 95 % (caliente en plancha calefactora) y calcular el rendimiento de la reacción.

Medir el punto de fusión del producto obtenido.

Nota: Buscar en tablas los datos de las correspondientes masas molares y densidades del benzaldehído y de la

acetona para realizar la conversión de moles a mL o g según sean sólidos o líquidos estos reactivos.

1 Si el docente lo indicara, pueden emplearse otros aldheìdos.



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Cuestionario:

1) Describa con ecuaciones químicas balanceadas la síntesis llevada a cabo.

2) ¿Cuál es el reactivo limitante de la reacción? Explique por qué se elige.

3) Plantee el mecanismo para la reacción de un mol de acetona con dos moles de benzaldehído catalizada por

hidróxido de sodio.

4) ¿Qué ocurriría si un estudiante deja demasiado tiempo la mezcla acetona – hidróxido sin agregar el aldehído?

Formule la reacción que ocurriría.

5) ¿Qué ventaja tiene usar aldheídos aromáticos respecto a los alifáticos en la condensación aldólica?

6) ¿Por qué es necesario calentar suavemente un tiempo?

7) Explique el fin de los lavados al precipitado obtenido.

8) Calcular la masa de dibenzalacetona que se obtendría si se mezclaran 5 mL de acetona con 10 mL de

benzaldheído, con la cantidad de catalizador básico adecuado.

9) ¿Qué volumen de acetona y benzaldehído son necesarios para obtener 10 g de dibenzalacetona con un 67 % de

rendimiento?

10) Compare el rendimiento de la siguiente reacción con el de la realizada en la práctica:

Bibliografía:


- Apuntes de la Profesora Claudia M. Casali.

- Ilustraciones realizadas por Facundo Daniel Agostini.



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Trabajo Práctico N° 4: Derivados de Ácidos Carboxílicos – Ésteres

Introducción: Los ésteres, como ya se ha estudiado en trabajos prácticos previos, son compuestos orgánicos que

derivan de la sustitución de un grupo hidroxilo de un ácido carboxílico (u otro ácido) por un grupo alcoxido,

dando lugar al grupo éster –COOR o –CO2R. Este cambio altera en gran medida las propiedades físicas y químicas

de los compuestos, ya que al perder su grupo hidroxilo, pierden la capacidad de establecer puentes de hidrógeno y

de esta forma resultan mucho más volátiles y menos solubles en agua que los ácidos carboxílicos de igual número

de átomos de carbono. También pierden sus propiedades ácidas en solución acuosa, y sólo pueden captarse los

hidrógenos alfa de estos por acción de bases fuertes formando enolatos de ésteres.

Los ésteres son muy sensibles a la hidrólisis, regenerando al ácido y al alcohol de los que provienen.

Los ésteres de la glicerina son conocidos como glicéridos (que pueden ser monoglicéridos, diglicéridos o

triglicéridos en función del número de hidroxilos esterificados del glierol) que forman parte de los lípidos

(típicamente son triglicéridos), biomoléculas que cumplen la función de reserva de energía en el organismo.

Una de las características más importantes de los ésteres es que presentan aromas y sabores característicos a frutas:

Éster Aroma

Butanoato de Metilo Piña

Octanoato de Heptilo Frambuesa

Butirato de Butilo Manzana

Etanoato de Octilo Naranja

Esto hace que la obtención de estos compuestos sea muy empleada en la industria y se busque sintetizarlos.

Fundamentos Teóricos: Los ésteres pueden obtenerse mediante reacción directa del alcohol y el ácido carboxílico

correspondientes catalizada por ácidos o bases, reacción conocida como esterificación de Fisher:

El mecanismo que sigue esta reacción es una sustitución nucleofílica a un grupo acilo.

En general, los alcoholes de pocos átomos de carbono que no presentan un gran impedimento estérico y su

nucleofilia es algo mayor que la del agua, aunque esta última presenta un menor impedimento estérico y es un peor

grupo saliente, lo que hace que la reacción sea una reacción reversible, y haya que controlar varios factores

experimentales para lograr un buen rendimiento en la síntesis de éstos.

La reacción suele catalizarse por ácidos, ya que el grupo hidroxilo es peor grupo saliente que el agua, y por esto la

hidrólisis alcalina de los ésteres suele ser irreversible (esta reacción es conocida como saponificación).

El uso de ácidos deshidratantes, cómo el ácido fosfórico o el ácido sulfúrico, desplaza el equilibrio favoreciendo la

formación del éster ya que se genera agua como subproducto. El uso de uno de los reactivos como solvente de la

reacción (típicamente el alcohol) también aumenta tanto la velocidad como el rendimiento de la reacción, ya que

éste puede funcionar como disolvente y también ayuda a desplazar el equilibrio de la reacción hacía productos.

En la síntesis del benzoato de metilo pueden observarse las condiciones experimentales anteriormente

mencionadas. Este se obtiene por reacción entre el ácido benzoico y el metanol, catalizada por la acción del ácido

sulfúrico. La reacción y el mecanismo se describen a continuación:



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El metanol es líquido en condiciones ambientales mientras que el ácido benzoico es un sólido, por lo que el

alcohol se emplea en exceso y resulta ser el disolvente de la reacción. Dada la volatilidad de esta sustancia se

emplea el calentamiento a reflujo para permitir que la reacción se lleve a cabo sin pérdida de éste o del producto

que también es relativamente volátil.

El ácido sulfúrico es el catalizador por excelencia para estos casos ya que es un ácido fuerte y con acción

deshidratante (uno de los productos de reacción es agua).

Una vez obtenido el benzoato de metilo, éste debe purificarse, pues se encuentra acompañado de un exceso de

metanol, agua y ácido sulfúrico. El éster puede ser separado en su mayoría realizando una extracción (separación

de una sustancia contenida en una mezcla con un disolvente no miscible con ésta) en cloroformo; dado que la

mezcla obtenida tiene un carácter netamente polar y el benzoato de metilo se encuentra emulsionado y sus

interacciones son, en principio, de baja polaridad, éste éster resultará mucho más soluble en la fase orgánica de

cloroformo que en la fase acuosa-alcohólica. Así se establece el siguiente equilibrio físico:



Pág. 24

( ) ( )

En el cual el benzoato de metilo se disuelve tanto en la fase orgánica (de cloroformo) como en la fase acuosa-

alcohólica hasta que se logra un equilibrio estable y dinámico en el cual las concentraciones en ambas fases del

éster son constantes (las moléculas pasan de una fase a la otra en simultáneo). De esta forma, se establece una

constante de equilibrio, llamada constante de partición, reparto o distribución (Kd), que sólo depende de la

temperatura, dada por la relación de la concentración (C) del benzoato de metilo en ambas fases, la cual puede

estimarse como la relación de las solubilidades (s) del compuesto en ambos disolventes:

Esta constante indica cuantas veces más soluble es un dado compuesto en un solvente respecto a otro. Así, si por

ejemplo, la relación de las concentraciones orgánico/acuoso de una sustancia X diera como resultado 5, esto

indicaría que X es cinco veces más soluble en el disolvente orgánico que en agua.

La para el benzoato de metilo indica que el benzoato de metilo es mucho más soluble en cloroformo que

en agua por lo que, con una sola extracción, casi todo el éste pasa a la fase orgánica.

En el proceso de extracción pueden quedar restos de metanol, agua y ácido sulfúrico en la fase orgánica, por lo que

en una primera etapa se lava (el proceso de lavado es distinto al de extracción, pues en este se eliminan

impurezas) con agua y luego con solución de carbonato ácido de sodio, en este último caso para neutralizar al

ácido remanente:

( ) ( ) ( ) ( ) ( )

Una vez terminados los lavados, la fase orgánica debe secarse. Esto se debe a que los restos de agua que pueden

quedar en la fase orgánica debido a las interacciones puente hidrógeno establecidos entre los oxígenos de los

grupos ésteres y los hidrógenos del agua. De esta forma se emplean sustancias secantes como el sulfato de sodio

anhidro que forma su decahidrato:

( ) ( ) ( )

Una vez que se ha obtenido la fase orgánica libre de restos acuosos, la mezcla cloroformo-benzoato de metilo

puede separarse por destilación ya que el solvente orgánico presenta un punto de ebullición mucho menor que el

éster, quedando este último en el balón de destilación.

La mayoría de los ésteres son líquidos y es por esto que resulta dificultoso caracterizarlos por su punto de fusión,

pero si por su punto de ebullición. El punto de ebullición es la temperatura a la cual la presión del vapor del

líquido es igual a la presión atmosférica, y las consideraciones experimentales son similares a las de la

determinación del punto de fusión.

Un ensayo que puede realizarse para diferenciar haluros de ácido, anhídridos, ésteres y amidas de los ácidos de los

cuales derivan es mediante el test de los ácidos hidroxámicos. En éste, los derivados se transforman en un ácido

hidroxámico que, por agregado de una sal férrica, origina una solución de color violeta. El ácido hidroxámico se

obtiene por tratamiento del derivado de ácido con hidroxilamina. Las reacciones involucradas pueden

representarse con las siguientes ecuaciones:



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→ ( )

3 ( ) [ ( )]

Parte Experimental:

Materiales: Vasos de Precipitados, Pipetas, Espátulas, Embudos, Telas Metálicas, Trípodes, Probetas,

Termómetros (con una escala mínima de 250°C), Encendedores o Fósforos, Vidrios de Reloj o

Cristalizadores, Agarraderas, Mecheros, Papel de Filtro, Microequipos de Calentamiento a Reflujo,

Microequipos de Destilación Simple, Tubos de Ensayo, Capilares, Ampollas de Decantación de 125 mL.

Reactivos: Ácido Benzoico, Metanol, Ácido Sulfúrico Concentrado, Cloroformo, Solución de Carbonato

Ácido de Sodio al 10 %, Sulfato de Sodio Anhidro, Ácido Acético Glacial, Ácido Salicílico, Alcohol

Amílico, Alcohol Butílico, Alcohol Isoamílico, n-Octanol, Solución Alcohólica de Clorohidrato de

Hidroxilamina 0,5 M, Solución de Ácido Clorhídrico 1 M, Solución de Hidróxido de Sodio 6 M, Solución de

Cloruro Férrico 5 %.

Procedimientos:

- Síntesis de Benzoato de Metilo: En un vaso de precipitados pesar 3 g de ácido benzoico y agregarle bajo

campana y sumergiendo el vaso en un baño de agua fría, 7 mL de metanol. Sin retirar el recipiente del baño

de agua, agregar gota a gota 1 mL de ácido sulfúrico concentrado con agitación constante y manteniendo el

sistema bajo campana.

Trasvasar la mezcla de reacción a un balón y agregue perlas de ebullición o material poroso, y adaptar a un

refrigerante sosteniendo el mismo con una agarradera de la parte media y. El balón debe estar sumergido en

un cristalizador con agua y éste debe estar sostenido por un trípode y una tela metálica.

Una vez finalizado el armado del aparato, calentar a reflujo por una hora. Pasado este tiempo, enfríe la

solución, agregue 10 mL de agua y transferir esta mezcla a una ampolla de decantación. Extraer dos veces con

10 mL de cloroformo y posteriormente descartar la fase acuosa (recuerde que los solventes clorados

presentan mayor densidad que el agua). Lavar la fase acuosa con 5 mL de agua y posteriormente con 5 mL

de solución de carbonato ácido de sodio al 10 %. Durante todo el proceso no olvide purgar el sistema la

ampolla de decantación. Descartar en ambos casos la fase acuosa y trasvasar la fase orgánica a un vaso de

precipitados, agregarle porciones de sulfato de sodio anhidro para secar la solución (esto se logra cuando se

observa que la misma ya no está turbia). Filtrar el sistema para eliminar al sulfato de sodio y lavarlo con otros

5 mL de cloroformo que reunirá con el resto de la fase orgánica.

Destile el solvente a baño maría (el punto de ebullición del cloroformo es 61,2 °C) en un microequipo de

destilación, deje que el sistema se enfríe y finalmente mida el volumen de éster obtenido para calcular el

rendimiento de la reacción.

- Determinación del punto de ebullición por el método de Siwoloboff: En un tubo de ensayos colocar 2 o 3 mL

del producto obtenido e introducir el líquido dentro de tubo capilar con uno de sus extremos cerrado hacía

arriba adosado a un termómetro con ayuda de una goma. Calentar el tubo sosteniendo el mismo con un broche

de madera moviéndolo suavemente. A medida que el sistema es gradualmente calentado, habrá un lento



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escape de burbujas de aire del capilar. Cuando se alcanza el punto de ebullición del líquido, se observa una

rápida y continua corriente de burbujas de aire que salen del tubo capilar. En ese momento se suspende el

calentamiento; la velocidad a la cual salen las burbujas disminuye y finalmente, cuando aparece la última

burbuja, y esta presenta una tendencia a ser aspirada hacía adentro del capilar, se lee la temperatura que marca

el termómetro. Este es el punto de ebullición del líquido porque en ese momento la presión de vapor del

líquido es igual a la presión atmosférica. Comparar con el punto de ebullición de tablas.

- Test de los Ácidos Hidroxámicos: En un tubo de ensayos térmico colocar unas gotas del producto obtenido,

agregarle 1 mL de solución alcohólica de clorhidrato de hidroxilamina 0,5 M y 4 gotas de hidróxido de sodio

6 M. Calentar suavemente a ebullición, dejar que se enfríe ligeramente (puedes ayudarte mojando el tubo con

agua de la canilla si el mismo no está demasiado caliente) y añadir 2 mL de ácido clorhídrico 1 M. Si la

solución es turbia, añada 2 mL de etanol. Por último, añada gotas de cloruro férrico hasta observar cambios.

Repetir este ensayo colocado una punta de espátula de ácido benzoico.

Observar, interpretar y escribir las ecuaciones químicas balanceadas que representan las reacciones que

ocurren.

- Síntesis de Ésteres con aromas: En diferentes tubos de ensayos colocar las cantidades de ácido y alcohol

indicadas en el siguiente cuadro (REALIZAR ESTA MEZCLA BAJO CAMAPANA), junto con una gota de

ácido sulfúrico concentrado manteniendo los tubos en un baño de agua:

Tubo Ácido Alcohol

1 1 mL Ácido Acético Glacial 1,5-2 mL de Alcohol Amílico

2 1 mL Ácido Acético Glacial 1,5-2 mL de Alcohol Isoamílico

3 1 mL Ácido Acético Glacial 1,5-2 mL de Alcohol Butílico

4 1 mL Ácido Acético Glacial 1,5-2 mL de n-Octanol

5 1 punta de espátula de Ácido Benzoico 1,5-2 mL de Alcohol Etílico

6 1 punta de espátula de Ácido Benzoico 1,5-2 mL de Alcohol Metílico

7 1 punta de espátula de Ácido Salicílico 1,5-2 mL de Alcohol Metílico

Una vez adicionado el ácido sulfúrico a las mezclas de alcohol-ácido, calentar unos minutos a baño maría y

luego sentir el aroma del producto obtenido. Formular las reacciones que tienen lugar.

Cuestionario:

1) Describe, mediante ecuaciones químicas balanceadas, las reacciones de esterificación de Fisher que permiten

obtener a los siguientes productos (describa el mecanismo de reacción para al menos una de las reacciones):

a) Acetato de n-Propilo

b) Butanoato de n-Butilo

c) Salicilato de Etilo

d) Pentanoato de n-Pentilo

e) Fenilacetato de Isopropilo

2) ¿Por qué es necesario agregar ácido sulfúrico? ¿Qué ácido podría emplearse para reemplazar al mismo?



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3) ¿Por qué deben mantenerse las condiciones de la reacción lo más anhidras posibles? Ilustrar con ecuaciones

químicas balaceadas.

4) Explicar el objetivo de las siguientes operaciones realizadas en la síntesis del benzoato de metilo:

a) Calentamiento a reflujo. Realizar un esquema del equipo empleado.

b) Extracción con cloroformo.

c) Lavado con agua.

d) Lavado con solución de carbonato ácido de sodio.

e) Tratamiento con sulfato de sodio anhidro.

f) Destilación. Realizar un esquema del equipo empleado.

5) La mayoría de los ésteres fabricados para ser usados como aromatizantes no se purifican por recristianización

¿a qué se debe este hecho?

6) En el laboratorio de química orgánica se adapató un aparato de reflujo que contenía 87,5 mmol de ácido

acético glacial (δ= 1,05 g.cm-3) con 100 mmol de etanol 96 % V/V (δ Etanol Absoluto= 0,789 g.cm-3

), y se agregó 1

mL de ácido sulfúrico concentrado. Luego de una hora de reflujo, se purificó adecuadamente el éster obtenido,

registrándose 7,8 mL de producto (δ= 0,9 g.cm-3). Se pide:

a) Formular la reacción de esterificación de Fisher que permite obtener al acetato de etilo.

b) Plantear el mecanismo de la reacción.

c) Calcular el volumen de cada uno de los reactivos que son necesarios emplear.

d) Justificar cuál es el reactivo en exceso.

e) Determinar el rendimiento de la reacción.

7) Se tienen 100 mL de solución que contiene 1 g de aspirina. Para extraer la misma se colocan en una ampolla

de decantación y se agregan 60 mL de éter etílico.

a) ¿Qué masa de aspirina se separó de la fase acuosa?

b) Repetir el cálculo si se realizan dos extracciones con 30 mL de éter.

Datos: Solubilidad en éter etílico= 4,27 g/100 mL – Solubilidad en agua= 1,22 g/100 mL

c) Si se cambiara el éter etílico por acetato de etilo ¿se realizará una mejor extracción de la solución acuosa

respecto al éter etílico? Justifica tu respuesta. Solubilidad en acetato de etilo= 0,453 M.

8) En un equipo de reflujo se colocan 3,4 g de ácido salicílico con 7 mL de metanol (δ= 0,792 g.cm-3) con 1 mL

de ácido sulfúrico concentrado, y se calentó 45 minutos a reflujo. Una vez finalizado este calentamiento se le

agrega agua hasta completar 20 mL (la fase se mantiene homogénea) y se extrae dos veces con 5 mL de n-

octanol reuniéndose estas fases (inmiscibles con la fase acuosa). Sabiendo que el coeficiente de reparto

octanol-agua del salicilato de metilo es 355, determina el volumen de éster obtenido si la densidad del mismo

es 1,18 g.cm-3

.



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9) Describe brevemente el fundamento del ensayo de la determinación del punto de ebullición de Siwoloboff

¿qué ocurriría con el valor registrado si el éster no se encontrará seco? ¿qué ensayo podría realizar para

verificar la formación de un éster? Descríbalo.

10) El 2-aminobenzoato de metilo es un éster que se emplea para fabricar aromatizantes con olor a uva. El mismo

puede fabricarse a partir de la esterificación de Fisher del ácido 2-aminobenzoico con metanol catalizada por

la acción del ácido fosfórico. En un experimento se partió de los reactivos antes enunciados para obtener 5 g

de 2-aminobenzoato de metilo.

a) Formular la reacción que tiene lugar y desarrollar el mecanismo de reacción.

b) Teniendo en cuenta que el punto de fusión del éster obtenido es 42 °C ¿qué técnica (o técnicas) emplearía

para purificar al mismo una vez separado? Justifique su respuesta.

c) ¿Será necesario realizar un calentamiento a reflujo para obtener este éster?

d) Calcular qué masa de ácido 2-aminobenzoico y qué volumen de metanol (δ= 0,792 g.cm-3) son necesarios

para obtener los 5 g requeridos si la reacción tiene un 67 % de rendimiento.

Bibliografía:

- Guía de trabajos prácticos de química orgánica II del profesor Diego Amato – Obtención de un éster:

Benzoato de Metilo.


- Ilustraciones realizadas por Facundo Daniel Agostini.



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Trabajo Práctico Nº 5 – Protección y Desprotección de Grupos Funcionales

Introducción: En el diseño de la síntesis de un compuesto orgánico que presenta más de un grupo funcional es

común efectuar reacciones que afecten a más de un grupo funcional. Es por esto que muchas reacciones no pueden

efectuarse directamente en el laboratorio, sino que requieren reacciones en las cuales se protejan determinados

grupos o posiciones de un compuesto. De hecho, la mayoría de las síntesis que se diseñan en un solo paso no

suelen ser viables a nivel laboratorio cuando hay más de un grupo funcional presente. Algunos ejemplos son:

La obtención de la 4-hidroxibutanona a partir del ácido 3-cetobutanoico

En esta reacción es usual utilizar como reactivo el hidruro de litio y aluminio seguido de una hidrólisis. Sin

embargo, si se usa este reactivo es de esperar que los dos grupos carbonilos se reduzcan, lo que no es deseado.

Además, experimentalmente es necesario utilizar un ligero exceso del reductor, pues parte de este se consume en

la reacción con el hidrógeno ácido del grupo carboxilo, lo que dificulta emplear cantidades estequiométricas como

el factor que controle la reacción.

Para evitar la reducción del carbonilo cetónico suele utilizarse como grupo protector el etilenglicol, el cual forma

un acetal y de esta manera puede llevarse a cabo la reducción del grupo carboxilo. Posteriormente se regenera el

grupo carbonilo mediante una hidrólisis ácida.

La obtención del 2,5-dibromofenol a partir del fenol



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La reacción del fenol con bromo provoca la tribromación del compuesto aromático debido al fuerte activación por

parte del grupo hidroxilo. Es por esto que para bromar únicamente las dos posiciones orto es necesario bloquear la

posición para, lo que se logra mediante la sulfonación. Al efectuar esta reacción sobre el fenol, se sulfona

mayoritariamente la posición para. Una vez hecho esto, es posible bromar mayoritariamente las posiciones orto

respecto al hidroxilo (al estar menos activado el anillo, es necesario emplear como catalizador bromuro férrico) y

posteriormente se puede eliminar el grupo sulfonio mediante una hidrólisis ácida (la sulfonación es un proceso

reversible).

Los ejemplos anteriores nos muestran claramente que no siempre se puede llevar a cabo una determinada reacción

de manera directa, sino que deben emplearse grupos protectores para evitar que ciertos grupos funcionales o

ciertas zonas de la molécula se vean afectados a la hora de llevar la reacción de interés.

Los grupos protectores deben cumplir:

Debe ser barato.

Se debe poder instalar en el sistema polifuncional de manera quimioselectiva y de manera fácil y eficiente.

Evitar complicaciones tales como la generación de nuevos centros estereogénicos.

Estable en el mayor rango posible de técnicas de separación y purificación.

Debe ser estable a las condiciones de reacción que va a sufrir el grupo funcional libre.

Fácil de eliminar selectiva y eficientemente en condiciones altamente específicas.

Los subproductos de la desprotección deben ser fácilmente separados del sustrato.



Pág. 31

En el siguiente cuadro se muestran algunos grupos protectores:

Fundamentos Teóricos: La p-nitroanilina es un compuesto de interés para poder obtener colorantes mediante

reacciones de copulación (que se estudiarán en el próximo TP). La misma no puede obtenerse mediante nitración

directa de la anilina ya que experimentalmente surgen algunas complicaciones:

En presencia de ácidos el grupo amino se protona, lo que hace que el anillo quede desactivado frente a la

SEA y de esta manera se obtengan productos meta-sustituidos con bajo rendimiento.



Pág. 32

La anilina no protonada está fuertemente activada por el grupo amino, lo que genera que se obtengan

productos polinitrados.

El ácido nítrico concentrado tiene propiedades oxidantes y puede oxidar a la anilina.

Estos problemas se evitan si el grupo amino se transforma en un grupo amida, el cual sigue siendo orto-

paradirector, pero no tienen tanta tendencia a protonarse u oxidarse. Además, el mismo es estable en las

condiciones de la nitración y puede eliminarse fácilmente por hidrólisis ácida.

Teniendo en cuenta las consideraciones anteriores, la secuencia de reacciones a llevar a cabo son:

La primera reacción es la acetilación de la anilina para obtener a la acetanilida. Esta es la etapa de protección en la

síntesis, y la reacción sigue un mecanismo de sustitución al acilo catalizado por ácidos:



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Esta reacción suele realizarse a un pH ≈ 5, que se logra en un medio ácido acético-acetato de sodio. Si la acidez del

medio es mayor la anilina puede protonarse y de esta manera perder su nucleofilia, por otro lado, si la acidez es

menor, la concentración de cationes hidrógeno no es lo suficientemente alta como para activar al carbonilo.

Algunas ventajas adicionales de transformar el grupo amino en un grupo amido son:

Volver menos activamente al anillo (pues el grupo amido es menos activamente que el grupo amino) y

desfavorecer la polinitración.

El grupo amido es más voluminoso y desfavorece la sustitución en la posición orto.

Ahora que la anilina se encuentra protegida, puede efectuarse la nitración para obtener al producto deseado.

La reacción de nitración sigue un mecanismo de sustitución electrofílica aromática, donde el electrófilo es el ion

nitronio, NO2+.

Este catión se prepara a partir de la reacción entre el ácido sulfúrico concentrado (que se utilizará como

disolvente) y ácido nítrico:



Pág. 34

La mezcla de los ácidos anteriores se conoce como mezcla sulfonítrica. En la preparación de la misma se debe

tener bien presente el orden en que éstos se mezclan: El ácido sulfúrico debe agregarse sobre el ácido nítrico, ya

que éste último tiene un mayor porcentaje de agua.

La adición de la mezcla debe hacerse lentamente y cuidando que la temperatura no sobrepase los 15 ºC, ya que el

producto puede polinitrarse, o bien, carbonizarse por acción del ácido sulfúrico concentrado.

Al finalizar la nitración y purificar al producto, puede llevarse a cabo la desaprotección del grupo amido, a partir

de la hidrólisis ácida del mismo. La ventaja de llevar esta reacción en medio ácido es que es más irreversible que

en medio alcalino, pues la amida queda protonada y de esta forma pierde por completo sus propiedades

nucleofílicas. El mecanismo que sigue esta reacción es una sustitución nucleofílica a un grupo acilo:

La reacción se lleva a cabo mediante un calentamiento a reflujo, pues la misma requiere calor para ocurrir, pero de

esta forma se evita la pérdida de un volumen apreciable de disolvente. Además, se evita la pérdida de vapores

ácidos que son tóxicos.

La hidrólisis básica del p-nitroanilonio permite la obtención de la p-nitroanilina, que al ser poco soluble en agua

fría precipita:



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Parte Experimental:

- REACCIÓN DE PROTECCIÓN:

Materiales:

Técnica I: Equipos de calentamiento a reflujo, mechero, trípode, tela metálica, vasos de precipitados, varilla

de vidrio, equipos de filtración al vacio, papel de filtro, hielo, Aparato de Fisher-Jons para la determinación

del punto de fusion, cubreobjetos.

Técnica II: Vasos de precipitados, erlenmeyers, varilla de vidrio, mecheros, telas metálicas, trípodes, equipos

de filtración al vacio, hielo, papel de filtro, aparato de Fisher-Jons para la determinación del punto de fusión,

cubreobjetos.

Reactivos:

Técnica I: Anilina, Anhídrido acético, Ácido acético glacial.

Técnica II: Ácido clorhídrico concentrado, Anilina, Acetato de sodio, Anhídrido acético.

Procedimientos:

Técnica I: En un matraz de 250 ml se colocan 9 ml (0.1 mol) de anilina, 15ml de ácido acético glacial y 15 ml

de anhídrido acético. Se adapta al matraz un refrigerante de reflujo, y la solución se calienta a ebullición

durante 30 min. A continuación, se enfría un poco el matraz y se vierte su contenido en un vaso con 50 ml de

agua y 40-50 g de hielo.

Se agita la mezcla bien y los cristales de acetanilida se recogen por filtración en un Büchner. El producto se

recristaliza en agua (aproximadamente 200 ml), decolorando si fuese necesario con carbón activo (P.F.

115ºC).

Técnica II: En un erlenmeyer de 250 ml se mezclan 125 ml de agua con 5 ml de HCl (c) y 5 ml de anilina. Se

agita la mezcla hasta disolución total de la anilina. A la solución resultante se añaden 7 ml de anhidrido

acético, agitando hasta disolución.

La solución se vuelca inmediatamente sobre una solución de 9 gr. de acetato de sodio anhidro (si es

trihidratado, calcular la masa de sal necesaria) en 50 ml de agua. Se agita vigorosamente y se enfría con hielo.

Se filtra la acetanilida cruda y se lava el Buchner tres veces con aproximadamente 25 ml de agua helada cada

vez. El producto crudo se recristaliza de agua, se seca, se calcula el rendimiento y se determina el punto de

fusión.

Purificación por recristalización: En un erlenmeyer, se añaden 60 ml de agua destilada y se calienta a

ebullición. En otro matraz erlenmeyer se coloca la acetanilida impura, perlas de ebullición y se añaden en

porciones de 20 ml aproximados el agua a ebullición y se lleva la mezcla a ebullición. Si los cristales no se

han disuelto completamente, se le agregan otros 15 ml de agua y se vuelven a calentar a ebullición.

Se separa el matraz de la fuente de calor, se deja enfriar la solución un momento y se agrega una punta de

espátula de carbón activo. Se calienta suavemente a ebullición y se filtra en caliente a través de un embudo

provisto de papel plegado.



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Para evitar que el producto cristalice en el embudo conviene filtrar en pequeñas porciones, calentando la

solución antes de cada agregado.

El filtrado se enfría exteriormente primero en un baño de agua y luego en una mezcla de agua-hielo y se filtra

a vacío. Se lavan los cristales con agua fría.

- REACCIÓN DE NITRACIÓN:

Materiales:

Técnica I: Vasos de precipitados, Equipos de filtración al vacío, Termómetros (0 ºC a 100 ºC), Papel de filtro,

Hielo, Placas de cromatografía, Lámpara U.V.

Técnica II: Ampollas de decantación, Termómetros, Vasos de precipitados, Equipos de filtración al vacío,

Hielo, Papel de filtro, Placa cromatográfica, Lámpara U.V.

Reactivos:

Técnica I: Ácido sulfúrico cocentrado, Ácido nítrico concentrado, Acetanilida, Acetato de etilo, Hexano.

Técnica II: Ácido sulfúrico cocentrado, Ácido nítrico concentrado, Acetanilida, Acetato de etilo, Hexano,

Ácido acético glacial.

Procedimientos:

Técnica I: En un vaso pequeño se colocan 8 ml de ácido sulfúrico concentrado y se añaden 3,5 g (0,025 mol)

de acetanilida, en pequeñas porciones y con agitación constante.

Tan pronto como toda la acetanilida, o prácticamente toda, se haya disuelto, se introduce el vaso en un baño

de hielo y se añade, mediante una pipeta Pasteur, una mezcla de 3 ml de ácido nítrico y 3 ml de ácido

sulfúrico concentrado (el ácido sulfúrico debe agregarse sobre el ácido nítrico) bajo campana. La mezcla se

añade en pequeñas porciones, agitando suavemente y regulando la adición de modo que la temperatura de la

mezcla de reacción no supere los 15 ºC. Puede agregarse sal para disminuir la temperatura del baño.

Concluida la adición se saca el vaso del baño de hielo y se deja permanecer a temperatura ambiente durante

cinco minutos. La solución de acetanilida nitrada se vierte sobre un vaso de 600 ml, que contiene 100 ml de

agua y 30 g de hielo. La mezcla se agita y el precipitado de p-nitroacetanilida se recoge por filtración en un

Büchner.

En el mismo filtro se lava con dos porciones de 20 ml de agua fría prensando bien. Recristalizar el producto

en etanol. P.F 216 ºC.

Técnica II: En un vaso de precipitados de 100 ml se colocan 5 ml de ácido acético glacial y sobre él se van

agregando, con agitación constante 5 g de acetanilida. Se forma una suspensión. A continuación, se agregan,

gota a gota, 10 ml de ácido sulfúrico concentrado, siempre con agitación enérgica para lo que se utiliza una

varilla de vidrio. La solución se torna clara cuando se han agregado unos 5 ml de ácido. La reacción es

exotérmica. Se enfría en un baño de hielo hasta 5°C manteniendo siempre la agitación.

A continuación, desde una ampolla de decantación (también puede usarse con sumo cuidado una pipeta

Pasteur) se agrega lentamente una mezcla de ácido nítrico concentrado (2,2 ml) y ácido sulfúrico concentrado



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(0,3 ml) previamente enfriada a 5°C. Se debe cuidar que la temperatura no pase de 15°C. Durante el agregado

debe continuarse con la agitación. El ácido sulfúrico debe agregarse sobre el ácido nítrico.

Luego de agregada la mezcla de sulfúrico y nítrico se deja la preparación media hora aproximadamente a

temperatura ambiente y a continuación se la vierte, lentamente y agitando continuamente, sobre 50 g de hielo

contenidos en un vaso de precipitados de 125 ml Se produce la precipitación de un producto sólido que se

deja reposar 15 minutos. Luego se lo filtra por succión, se lava con agua helada hasta que los líquidos de

lavado sean neutros y se seca.

Recristalizar el producto en etanol.

Cromatografía: En una placa cromatográfica sembrar el producto obtenido y contrastarlo frente a la

acetanilida. Usar como solvente de corrida una mezcla de acetato de etilo-hexano 70:30 o bien 50:50.

- REACCIÓN DE DESPROTECCIÓN:

Materiales: Vasos de precipitados, Mecheros, Equipos de filtración al vacío, Papel de filtro, Equipos de

calentamiento a reflujo, Hielo.

Reactivos: p-Nitroacetanilida, Ácido clorhídrico concentrado, Amoniaco concentrado.

Procedimiento: La p-nitroacetanilida húmeda se coloca en un vaso de 400 ml, y se forma con ella una pasta

fina, añadiendo 100 ml de agua y agitando. Esta mezcla se pasa a un matraz de 250 ml, se le agregan 3,5 ml

de ácido clorhídrico concentrado y se le adapta al matraz un refrigerante de reflujo.

A continuación, se calienta a ebullición durante 35 min. Se enfría la mezcla de reacción a temperatura

ambiente, y se vierte sobre un vaso de 600 ml. Se añaden 50-75 g de hielo picado, y se precipita la p-

nitroanilina alcalinizando la disolución mediante adición de amoniaco.

El precipitado se filtra en Büchner, lavando con pequeñas porciones de agua. Se puede purificar mediante

recristalización en agua, decolorando con carbón activo (aproximadamente 0,5 g de sustancia en 40-50 ml de

agua). PF 146 ºC.

Cuestionario:

1) Realiza la secuencia de síntesis para la obtención de p-nitroanilina partiendo de la anilina y responde:

a) ¿Por qué es necesario proteger el grupo amino?

b) ¿Qué características debe tener un buen grupo protector?

c) ¿Cómo se protege el grupo amino en la práctica? Escribe la ecuación química correspondiente y describe el

mecanismo de reacción.

d) Explica brevemente por qué debe regularse el pH de la reacción de protección.

e) Suponiendo un rendimiento global del 60 %, ¿qué masa p-nitroanilina se obtendrá a partir de 9 mL de anilina

(δAnilina= 1,02 g/cm3). Rta: 8,17 g.

2) En la nitración de la acetanilida:

a) Escribe la ecuación química que representa la reacción de nitración y desarrolla su mecanismo de la

reacción.



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b) ¿Cuál es el electrófilo involucrado en la nitración? Escribe la ecuación química que representa la reacción

que permite obtenerlo.

c) ¿Cómo se prepara la mezcla sulfonítrica? ¿Qué precaución debes tener?

d) ¿Por qué la temperatura de la reacción debe ser menor a 15 °C?

e) ¿Por qué la mezcla sulfonítrica se gotea sobre la acetanilida y no al revés?

f) ¿Cuál es el objetivo de volcar en hielo la mezcla de reacción que una vez que la misma finalizó?

g) En un erlenmeyer se disolvieron 2 g de acetanilida en 5 mL de ácido sulfúrico concentrado (98 % m/m, δ=

1,84 g/cm3) y a esta se le agrega gota a gota la mezcla sulfonítrica preparada con 2 mL de ácido nítrico

concentrado (63 % m/m, δ= 1,32 g/cm3) y 2 mL de ácido sulfúrico concentrado. Si finalmente se obtienen

1,61 g del producto purificado, calcular el rendimiento de la reacción. Rta: 59,63 %.

3) En la desprotección de la p-nitroacetanilida:

a) Escribe la ecuación química que representa la reacción de desprotección y desarrolla su mecanismo de

reacción.

b) ¿Por qué la hidrólisis requiere el agregado de un ácido o una base? Relacione esto con el mecanismo de la

reacción.

c) ¿Por qué debe agregarse amoniaco una vez realizado el calentamiento a reflujo?

d) ¿Qué ventaja tiene realizar la reacción en medio ácido respecto a realizarla en medio básico?

e) En un balón se colocan 3,6 g de acetanilida, se agregan 100 mL de agua y 3,5 mL de ácido clorhídrico

concentrado (36,5 % m/m, δ= 1,184 g/cm3). Se calienta a reflujo por media hora, y luego se vuelca sobre

hielo, se agrega amoniaco hasta alcalinizar, se filtra y se recristaliza, obteniéndose 1,67 g.

I) Determiná cuál es el reactivo en exceso y dar el fundamento experimental. Rta: p-Nitroacetanilida.

II) Determiná el rendimiento de la reacción. Rta: 60,51 %.

4) La síntesis del paracetamol (p-hidroxiacetanilida) a partir del fenol sigue los siguientes pasos:

I) Protección del grupo fenol con anhídrido acético en medio ácido acético glacial.

II) Nitración del fenol.

III) Desprotección del grupo fenol mediante una hidrólisis.

IV) Reducción del grupo nitro con zinc en medio ácido.

V) Acetilación del grupo amino con anhídrido acético en medio ácido acético glacial.

A partir de esto, responde:

a) Plantea la secuencia de reacciones llevadas a cabo.

b) ¿Por qué es necesario proteger al grupo hidroxilo? ¿en qué medio realizaría esta reacción?

c) ¿En qué medio realizaría la hidrólisis del grupo fenol? ¿cómo recuperaría al producto final?

d) Describe el mecanismo de las reacciones II) y V).

e) La acetilación del p-aminofenol suele tener bajo rendimiento, pues se pueden acetilar tanto el grupo fenol

como el amino. En base a los grupos protectores provistos en la introducción, proponga una secuencia de

reacciones que permita favorecer el proceso de acetilación del grupo amino.

Bibliografía:


- Guía de Trabajos Prácticos de Química Orgánica I 1er Cuatrimestre 2014 – FCEN, UBA.



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Trabajo Práctico N°6: Aminas y Colorantes Orgánicos

Introducción: Las aminas pueden considerarse como derivados del amoniaco, que surgen de reemplazar uno o más

de sus átomos de hidrógeno por cadenas carbonadas. De esta forma, si se sustituyen uno, dos o los tres átomos de

hidrógeno unidos al nitrógeno por cadenas carbonadas se formarán aminas primarias, secundarias o terciarías

respectivamente, cuyas propiedades tanto físicas como químicas difieren.

Las aminas presentan propiedades similares al amoniaco; las aminas primarias y secundarias son capaces de

interactuar por uniones puente hidrógeno por lo que tienen puntos de ebullición y de fusión más altos que los

hidrocarburos con igual cantidad de carbonos, y las de cadenas carbonadas cortas son solubles en agua y de olor

desagradable (similar al pescado podrido), sin embargo, las de cadena larga y las aromáticas son líquidos o sólidos

incoloros e inodoros.

Las aminas presentan propiedades básicas, y son bases más fuertes que el amoniaco por el efecto donor de

electrones de los grupos alquilo:

Es interesante discutir la basicidad de las aminas: Siguiendo con la lógica anterior, cuantos más grupos donores de

electrones tenga la amina, más básica será, sin embargo, la presencia de grupos alquilo contribuyen al

impedimento estérico para que el nitrógeno capte un protón. Por otro lado, los grupos alquilo también dificultan la

solvatación de los cationes amonio, lo que hace que sea menor favorable que éste se encuentre en solución acuosa.

Así, se observa que las aminas secundarias son las más básicas, seguidas por las primarias finalmente las terciarias.

Las aminas aromáticas son menos básicas que las alifáticas, pues su par de electrones libre no está tan disponible

para captar un protón, ya que el mismo se encuentra deslocalizado hacía el anillo aromático. La nucleofilia de estas

moléculas disminuye con el aumento de los grupos alquilos.

Las funciones biológicas de las aminas son muy importantes: son biorreguladoras, neurotransmisoras, actúan en

mecanismos de defensa, etc… También se emplean en la fabricación de medicamentos, y de colorantes azoicos,

así como también de otros compuestos importantes. Estos últimos se obtienen a partir de la diaztoación de una

amina primaria, que se transforma en una sal de diazonio, y posteriormente a ésta se le hace una reacción de

copulación o una reacción con pérdida de nitrógeno.

Fundamentos Teóricos: Las aminas presentan una reactividad que es muy dependiente de su estructura. Esto se ve

claramente con una de las reacciones más importante de las aminas: la reacción con ácido nitroso. En esta, el

ácido nitroso forma al ion nitrosonio:



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- Reacción de aminas primarias: Las aminas primarias reaccionan con ácido nitroso formando sales de diazonio, que

son muy inestables y se descomponen fácilmente liberando nitrógeno. El mecanismo de formación tiene como

primer paso la adición de un grupo nitrosonio que posteriormente se deshidrata formando la sal de diazonio.

Las sales de diazonio alifáticas son muy inestables y no pueden aislarse ya que se descomponen liberando

nitrógeno.



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Es interesante observar que las sales de amonio reaccionan con nitritos liberando nitrógeno, de forma similar a

como lo hacen las aminas.

Las sales de diazonio aromáticas pueden conservarse por un tiempo a temperaturas menores que 0 ºC, pues el

grupo diazonio se encuentra conjugado con el anillo y de esta manera presenta una estabilidad mayor respecto a las

alifáticas (las sales de diazonio aromáticas y alifáticas pueden diferenciarse por la velocidad con la cual se observa

el desprendimiento de nitrógeno a 0 ºC). Así, éstas tienen una gran aplicación en síntesis orgánica, ya que pueden

dar lugar a dos tipos de reacciones: Las reacciones de pérdida de nitrógeno y las reacciones de copulación.

En las reacciones de pérdida de nitrógeno el grupo diazonio es sustituido por diferentes nucleófilos liberándose N2

gaseoso, que es la fuerza impulsora de esta reacción. En las reacciones de copulación, el grupo diazo se acopla a

un anillo aromático formando un azoderivados (llamados así por la presencia de un grupo azo: -N=N-).



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Es particularmente interesante mencionar la importancia de los colorantes azoicos obtenidos por reacciones de

copulación. En general, todas las moléculas orgánicas absorben radiación electromagnética en mayor o menor

proporción, pero la mayoría lo hacen en las regiones infrarroja y ultravioleta del espectro, por lo que aparecen

incoloras. Sin embargo, las moléculas orgánicas que tienen electrones poco localizados (como los π) pueden ser

excitados con relativa facilidad por las frecuencias del espectro visible, es decir, estos compuestos son coloreados.

A partir de esto, podemos decir que el color de las moléculas orgánicas está asociado, frecuentemente, a la

existencia de centros de insaturaciones (dobles o triples enlaces, estructuras quinoides, etc…) o la posibilidad de

resonancia entre dos o más configuraciones moleculares.

En 1876 O.N. WITT llamó cromóforos (poseedor del color) a todos los grupos conocidos no saturados que

explicaban el color de los compuestos orgánicos. Algunos de estos son:

En general se requiere más de un grupo cromóforo para que la molécula tenga color. Por ejemplo, la acetona es

incolora, mientras que el diacetilo es amarillo y el tricetopentano es amarillo anaranjado:

Si los grupos cromóforos se encuentran conjugados, esto también intensifica el color (se observa que es mayor

cuando los mismos se encuentran en forma de “cruz” que en forma “lineal”).

Es importante remarcar que los átomos que por su polarización faciliten los desplazamientos electrónicos,

facilitarán la absorción de la aparición del color. El nitrógeno, el oxígeno y el azufre son los más comunes.



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WITT observó que ciertos radicales de tipo salinógeno son capaces de reforzar la acción de un cromóforo, aunque

de por si no puedan comunicar color alguno. A estos radicales los llamó auxócromos (exaltador del color), y WITT

señaló como más importantes en orden decreciente de su efecto a los siguientes: -NR2, -NHR, -NH2, -OH, -OCH3.

También los halógenos intensifican el color, disminuyendo esta capacidad a medidas que éste se vuelve más

ligero.

Hasta ahora sólo hemos expuesto la influencia de los grupos que pueden explicar el color de una molécula

orgánica, sin embargo, desde una perspectiva más práctica, es importante marcar la siguiente diferencia: la

diferencia entre un colorante y una sustancia coloreada. Los colorantes son sustancias coloreadas que pueden

fijarse a ciertos tejidos, proceso conocido como teñido. La reacción entre aminas primarias aromáticas con anillos

aromáticos activados da lugar a la formación de los llamados colorantes azoicos (reacción de copulación).

Una sustancia coloreada sólo tiene color, pero no necesariamente puede teñir los tejidos. En general, las sustancias

coloreadas sólo presentan en su estructura grupos cromóforos, mientras que los colorantes presentan grupos

cromóforos y auxócromos. Esto sugiere que éstos últimos son los responsables de que la molécula orgánica pueda

adherirse al material a teñir. Los grupos auxocromos suelen clasificarse en básicos (derivados de las aminas) y

ácidos (sulfonios, carboxilos o fenoles).

- Reacción de aminas secundarias: Las aminas secundarias reaccionan con ácido nitroso formando una N-nitroamina

estable en las condiciones de la reacción, pues no presenta un enlace N-H extra que le permite llegar a

transformarse en una sal de diazonio.

Típicamente estos productos se presentan como sólidos o aceites de color amarillento o amarillo pálido en la

mezcla de reacción. Debe evitarse el contacto con estos compuestos ya que los mismos son cancerígenos.

- Reacción de aminas terciarias: La reacción de las aminas terciarias es bastante compleja. Bajo ciertas condiciones,

puede suceder que las aminas no experimenten reacción alguna; de hecho, esto sólo es cierto a valores de pH y

temperatura bajos, y empleando soluciones diluidas. La amina simplemente se protona formando su sal de amonio,

soluble en medio acuoso, y que se puede reconocer mediante el agregado de una base que restaure a la amina

original.



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En otras condiciones pueden darse reacciones donde se forman N-nitroaminas (se sustituye un grupo R por un

grupo NO).

Las aminas terciarias aromáticas reaccionan con ácido nitroso para formar la sal clorhidratada de la p-

nitrosoamina, típicamente de color anaranjado. Por tratamiento con bases, se restaura el grupo amino, formándose

un precipitado de color azul o verde.

Parte Experimental:

Materiales: Tubos de ensayos, gradillas, vasos de precipitados, equipos de filtración al vacio, termómetros,

mecheros, trípodes, telas metálicas, papel de filtro, hielo.

Reactivos: Nitrito de sodio al 20 % y sólido, Ácido clorhídrico concentrado, anilina, metilamina (u otra amina

primaria), difenilamina (u otra amina secundaria), N,N-dimetilanilina (u otra amina terciaria), β-naftol, Ácido

sulfanílico, Hidróxido de sodio 10 %, p-Nitroanilina, ioduro de potasio al 5 %, almidón, carbonato de sodio

sólido, Tiosulfato de sodio al 5 %.

Procedimientos:

- Reacción de aminas con ácido nitroso: Disuelva en un tubo de ensayos 0,5 g o mL de la amina primaria en 1,5

mL ácido clorhídrico concentrado y diluir con 2,5 mL de agua, y enfríe a 0 ºC. Disuelva 0,5 g de nitrito de

sodio en 2,5 mL de agua y añada gota a gota, agitando, a la solución ácida de la amina. Agregue hasta que la

mezcle dé positivo la reacción del nitrito con ioduro-almidón (moje la solución con una varilla y toque con la

misma un papel embebido en ioduro-almidón: un color azul es positivo). Trasvase 2 mL de la solución a otro

tubo y caliente con cuidado, a baño maría, observando.

Un burbujeo inmediato o la formación de espuma al añadir la solución acuosa de nitrito de sodio a 0ºC indica

la presencia de una amina primaria alifática.

Un burbujeo al calentar indica la presencia de una amina primaria aromática, y se puede verificar esto

ensayando una de las reacciones de copulación.

La formación de un aceite o precipitado en el tubo al calentar, sin burbujeo, indica la presencia de una amina

secundaría.



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Si no se observan cambios y se verifica de manera inmediata la reacción del nitrito con ioduro-almidón indica

la presencia de una amina terciaria alifática. Si en cambio se observa que la solución toma un color

anaranjado o se forma un precipitado naranja, se verifica la presencia de una amina terciaria aromática. Si la

solución se trata con 2 mL de hidróxido de sodio al 10 % o con carbonato de sodio, precipitará la p-

nitrosoamina, que se puede filtrar, purificar y caracterizar.

- Copulación entre la p-nitroanilina y el β-Naftol – Obtención del pigmento rojo:

1. Diazotación de la p-Nitroanilina: En un tubo de ensayos coloque 1,5 mL de agua caliente y disperse 0,6 g de

p-nitroanilina hasta disolver el sólido, y posteriormente 1,5 mL de ácido clorhídrico concentrado. Trasvase el

contenido del tubo a un vaso pequeño y agrega una mezcla de agua-hielo de forma tal que el volumen final de

la mezcla sea de 5 mL y lleve la mezcla a 0 ºC, manténgala y agregue otros 4 g de hielo. Se diazota volcando

rápidamente una solución de 0,4 g de nitrito de sodio en 1 mL de agua, se controla el exceso de nitrito (toque

en papel de yoduro de potasio/almidón), manteniendo el pH menor que 2 y la temperatura menor que 5 ºC. Se

elimina el exceso de nitrito de sodio agregando ácido sulfámico. Verificar por toque en papel de yoduro de

potasio/almidón.

2. Suspensión de β-Naftol: En un vaso o erlenmeyer de 100 mL con agitación manual se prepara una solución con

2,5 mL de agua a 60 ºC, 0,2 g de hidróxido de sodio y 0,65 g de β-naftol. Se agita hasta disolución, se diluye

con agua y hielo a 30 mL y se lleva a 15ºC de temperatura. Se ajusta entonces el pH a 9 con aproximadamente

0,5 mL de ácido clorhídrico concentrado.

3. Copulación: Se agrega gota a gota la sal de diazonio de p-nitroanilina sobre la suspensión de β-naftol con

buena agitación a lo largo de 20 min. A medida que avanza la reacción el pH decrece. Debe mantenerse a pH

mayor que 7,5 por agregado de solución al 10 % de hidróxido de sodio. Terminado el agregado se calienta a

80 ºC, se mantiene durante 30 minutos, se enfría a 60 ºC y se filtra al vacío.

- Copulación entre la anilina y el β-Naftol – Obtención del pigmento naranja:

1. Diazotación de la anilina: En un vaso de precipitados pequeño prepara, se preparan una solución con 4 g de

hielo, 1,5 mL de ácido clorhídrico concentrado y 0,65 g de anilina, se agita hasta disolución completa de la

anilina como clorhidrato. Se agrega con pipeta Pasteur una solución de 0,5 g de nitrito de sodio en 1,5 mL de

agua, a lo largo de un período de 15 a 20 minutos. Se deja diazotando 30 minutos controlando el pH (debe

mantenerse por debajo de 2) con papel pH y nitrito positivo (papel de yoduro de potasio/almidón), a una

temperatura menor que 2 ºC. Se elimina el exceso de nitrito de sodio agregando ácido sulfámico. Verificar por

toque en papel de yoduro de potasio/almidón.

2. Solución de β-naftol: En un erlenmeyer de 50 mL con agitación manual se prepara una solución con 5 mL de

agua a 80 ºC, 0,35 g de hidróxido de sodio y 1 g de β-naftol. Se agita hasta disolución, se diluye con agua y

hielo a 10 mL y 20 ºC de temperatura.

3. Copulación: Se agrega gota a gota la sal de diazonio de anilina sobre la suspensión de β-naftol con buena

agitación a lo largo de 30-40 min. A medida que avanza la reacción el pH decrece. Debe mantenerse a pH

mayor que 10 por agregado de solución al 10 % de hidróxido de sodio. El pigmento terminado se filtra al

vacio.



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- Copulación entre la N,N-Dimetilanilina y ácido sulfanílico – Obtención de naranja de metilo:

En un tubo de ensayos, coloque 1 g de ácido sulfanílico, 0,6 mL de dimetilanilina, 0,5 mL de ácido clorhídrico

concentrado, 5 mL de agua destilada y enfríe la mezcla hasta alcanzar una temperatura entre 0 y 5º C.

Manteniendo la temperatura por debajo de los 5º C, agregue gota a gota y con agitación constante 2,5 mL de

solución de nitrito de sodio al 20 % (trasvase la solución a un vaso pequeño si fuera necesario), una vez

terminada la adición, quite el baño de hielo y agite la mezcla hasta que alcance la temperatura ambiente, y

observe que la mezcla adquiere una coloración rojo oscuro.

Posteriormente, agregue gota a gota y agitando una solución de hidróxido de sodio al 10 % hasta tener un pH de

10. Si el producto es muy oscuro, puede añadir un poco más de hidróxido de sodio.

Caliente la mezcla de reacción con agitación constante, y retire el recipiente en el momento en que se inicia la

ebullición. Enfríe en un baño de hielo. El anaranjado de metilo precipita como la sal sódica del ácido, la cual

debe filtrar y lavar con agua helada.

Ensaye el viraje del indicador disolviendo una pequeña cantidad del mismo, y agregue ácido y base.

- Reacción de pérdida de nitrógeno – Síntesis de p-iodonitrobenceno:

Disolver con agitación 2,5 g de p-nitroanilina en una solución de ácido sulfúrico preparada mezclando

(como corresponde) 2 mL de ácido sulfúrico concentrado en agua hasta completar 15 mL. Enfriar la mezcla

entre 0 a 5 ºC y agregar gota a gota, empleando una ampolla de decantación o pipeta con el extremo

sumergido en el líquido, una solución de 1,25 g de nitrito de sodio en 4 mL de agua. Terminado el

agregado dejar reaccionar 5 minutos y verificar la presencia de ácido nitroso libre mojando una varilla en el

líquido y tocando la misma con un papel de almidón iodurado (es decir una tira de papel de filtro que

previamente se ha sumergido en solución de almidón, dejado secar y luego mojado en una solución de

ioduro de potasio). Agregar la solución fría con agitación a una solución de 5 g de ioduro de potasio en 15

mL de agua, donde se desprenderá nitrógeno y se formará el producto sólido.

Filtrar el sólido precipitado al vacío y recristalizarlo de etanol. Lavar con solución de tiosulfato de sodio.

Se obtiene un sólido de punto de fusión 171 ºC.

Cuestionario:

1) Explique cómo pueden diferenciarse las aminas primarias (alifáticas y aromáticas), secundarias y terciarias

empleando la reacción con ácido nitroso ¿existe otro ensayo que se podría realizar? Investigue en las

bibliografías recomendadas.

2) Explique qué son los grupos auxócromos y cromóforos. Indifique a los mismos en las siguientes

moléculas:



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3) ¿Por qué el ácido nitroso debe obtenerse in situ? ¿cómo se prepara el mismo? ¿por qué se dispersa la

amina en ácido y a esta solución se le agrega el nitrito?

4) ¿Por qué se pueden obtener colorantes únicamente a partir de anilinas y no de aminas alifáticas? ¿cuál es

la diferencia entre las sustancias coloreadas y los colorantes?

5) Se te entregan tres tubos de ensayos con muestras de aminas y se ensaya su reacción con ácido nitroso,

observándose los siguientes resultados:

- Tubo 1: Se forma un aceite amarillo que al enfriarse se solidifica.

- Tubo 2: A 0 ºC no se observan cambios, pero al calentar se observa un brubujeo intenso.

Tubo 3: Al calentar se forma una solución naranja y al agregar hidróxido de sodio al 10 % precipita un

sólido verde.

6) Formule las reacciones de copulación que tienen lugar para la obtención de los compuestos I, II, III y IV.

7) Escriba el mecanismo de la reacción de diazotación del compuesto VI, y luego la reacción de la

correspondiente sal de diazonio con:

a) Ioduro de potasio

b) Agua en solución básica

c) Fenol

8) ¿Cuál es el reactivo limitante en la reacción de copulación? ¿cómo se comprueba esto en el

procedimiento? ¿cómo se elimina el reactivo en exceso? Escribe las ecuaciones que tienen lugar.

9) ¿Por qué se debe mantener la temperatura de la copulación a menos de 5 ºC?

10) En las técnicas realizadas en la copulación de sales de diazonio con β-naftol puede observarse que el

mismo se prepara en una mezcla aparte con hidróxido de sodio ¿por qué se prepara de esta manera y no se

agrega directamente el fenol a la amina diazotada?

Bibliografía:






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trabajos practicos de quÍmica orgÁnica y bioorgánica...- el presentismo y puntualidad en el...

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