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NORMAS GENERALES PARA EL DESARROLLO DE LAS PRACTICAS DE LABORATORIO Para lograr lograr un excelente desarrollo desarrollo de las prácticas prácticas en el laboratorio, laboratorio, deben de tenerse en cuenta la siguientes normas, y otras que el profesor le señale oportunamente : 1. Llegue a tiempo al laboratorio. Las prácticas están normalmente programadas para ocupar todo el tiempo asignado. asignado. 2. Leer cuidado cuidadosamen samente te las guías guías antes de cada período de trabajo y nunca llegue al laboratorio sin estar enterado enterado de lo que va a hacer. Consulte Consulte al instructor o pr profesor ofesor siempre que tenga dudas. 3. No se permiti permitirá rá a ningún ningún estudiante estudiante entrar entrar al labora laborator torio io sin su bata, bata, gafas gafas de seguridad seguridad,, máscara de seguridad y manual o guía de práctica. 4. El mater materia iall de trab trabaj ajo o es propiedad de la instit instituci ución ón y debe debe ser devuelto devuelto en las las misma mismass condiciones en las cuales le fue entregado. El estudiante debe reponer en un lapso máximo de dos semanas todo material que dañe o rompa. rompa. 5. Antes Antes de inicia iniciarr su trab trabaj ajo o revise revise el ma mater teria ial, l, puede estar estar deterio deteriora rado do o inser inservib vible le y se le puede cobrar a usted. Avise al monitor si encuentra algo fuera de lo normal. 6. Lave perfecta perfectamente mente todo el materi material al que va a emplear. emplear. Igualment Igualmentee entréguelo entréguelo limpio y seco. Ningún estudiante puede retirarse del laboratorio sin el cumplimiento de lo anterior. 7. En todos los trabajos trabajos es indispensable indispensable la limpieza, exactitud, exactitud, paciencia y el orden, orden, 8. En el laboratorio laboratorio está prohibido prohibido realizar cualquier cualquier actividad actividad diferente a las contempladas contempladas en la guía, salvo que exista autorización expresa del profesor. Por lo tanto no fume, no camine innecesariamente, no juegue, etc. 9. Use los reactivos en las las cantidades cantidades y concentraciones concentraciones que se indican en la guía. guía. 10. No se retire del laboratorio sin motivo justificado. justificado. El profesor puede dejarlo fuera fuera del salón el resto de la experiencia. 11. 11. Conf Confíe íe en su trab trabaj ajo o e info inform rmee siem siempr pree los los resu result ltad ados os obte obteni nido doss por por uste usted. d. No copi copiee resultados de sus compañeros u otros grupos, pues ellos pueden estar equivocados. 12. Utilice siempre la bata para realizar realizar las prácticas. prácticas. La bata bata lo protege a usted y a su ropa de muchos accidentes. 13. Presente su informe cuándo cuándo se le indique, nunca después sin justa causa. causa. 14. Los desechos sólidos que no sean reactivos ni estén contaminados contaminados deben ser arrojados a los recipientes destinados para ello. Los solventes y reactivos son eliminados de acuerdo con las instrucciones del profesor. No los vierta a los sumideros sin autorización. 15. Al emplear pipetas pipetas o goteros no los intercambie de recipiente o frasco donde donde se suministre el reactivo pues se contaminan las sustancias, daña la experiencia y el resto del reactivo. Los reactivos usados nunca deben volverse a vaciar en los frascos. 16. En caso de accidente (quemadura, contacto contacto del reactivo con la piel u ojos, heridas, etc.) etc.) avise inmediatamente al profesor o al monitor. En las guías se indica cuando debe aumentar sus
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precauciones; sin embargo, como norma general, trabaje trabaje siempre con extrema cautela. 17. Nunca destruya los rótulos de los frascos. Al concluir la práctica práctica revise las llaves del agua y del gas. 18. Nunca Nunca pruebe pruebe una sustancia sustancia del labora laborator torio io sin autorizaci autorización ón del profesor profesor.. Para Para oler una sustancia, ventile sus vapores hacia su nariz. No debe llevarse las manos impregnadas de sustancias químicas a los ojos, boca o nariz. No utilice los implementos de laboratorio para beber en ellos. 19. La dedicación al trabajo, trabajo, puntualidad, puntualidad, corrección en el comportamiento, comportamiento, limpieza en el sitio de trab trabaj ajo o y la adecu adecuad ada a metod metodolo ología gía emplea empleada da serán serán aspec aspectos tos muy impo import rtan antes tes en la evaluación de cada práctica. 20. Nunca Nunca caliente caliente solventes solventes inflam inflamable abless (éteres, (éteres, cetonas, cetonas, hidroca hidrocarbu rburos. ros...) ..) aún en pequeñas pequeñas cantidades con una llama cerca, amenos que el solvente esté en un recipiente unido a un condensador. No transfiera transfiera inflamables inflamables de un recipiente a otro cerca de una llama. 21. No caliente un sistema cerrado. cerrado. 22. Jamás pipeteé ácidos, bases o sustancias sustancias tóxicas tóxicas con la boca. 23. No hacer vacío en recipientes recipientes de vidrio delgado. 24. Al transferir transferir o manejar materiales materiales que desprendan vapores vapores nocivos , trabaje en un a vitrina con con succ succió ión. n. Algu Alguno noss de esto estoss ma mate teri rial ales es son: son: Tricl riclor orur uro o de fósf fósfor oro, o, brom bromo, o, ácid ácido o clorosulfónico, cloruro de benceno sulfonilo, ácido nítrico fumante, cloruro de acetilo, ácido clorhídrico clorhídrico y sulfúrico concentrados. concentrados. diluir ácido sulfúrico, este debe agregarse muy lentamente al agua, pero nunca el agua al 25. Para diluir ácido.
EN CASO DE ACCIDENTES. Los accidentes más comunes en el laboratorio laboratorio son cortaduras cortaduras leves y quemaduras. En caso de cortadura se aplica un antiséptico y un vendaje. Sin embargo si hay sangrado fuerte acudir al auxilio médico. Recordar que que tanto el material de de vidrio como metálico caliente tiene la misma apariencia del material frío. En caso de fuego el estudiante ante todo debe retirarse del peligro y en ningún caso hacer esfuerzo precipitado precipitado para extinguir extinguir las llamas. llamas. Solamente después de que la seguridad personal esté ha salvo, debe considerarse considerarse la manera de apagar el fuego. Si el vestido prende fuego, es imperativo que la persona no corra si no que se acueste y de vueltas. Con ello se sofocan las llamas llamas y se apartan apartan de la cabeza. El fuego debe ser sofocado por el vecino con una toalla toalla o cualquier prenda prenda húmeda. húmeda. Puesto que en unos pocos segundos de demora pueden resultar lesiones serias toda persona debe debe de evita evitarr entra entrarr en pánic pánico o y pensa pensarr con antici anticipa pació ción n lo que que harí haría a en caso caso de que que tal tal emergencia se le presentara presentara a el o a su vecino. Si le caen en los ojos reactivos corrosivos o calientes:
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Lo más importante es lavar los ojos con abundante agua fresca. Tan pronto como se halla lava lavado do la parte parte exteri exterior or,, debe debe abri abrirs rsee con los dedos dedos (pre (prefer feribl iblemen emente te por un compa compañer ñero) o) e irrigarlos irrigarlos con abundante abundante agua. Consultar al al médico tan pronto sea posible, cualquier cualquier demora puede ser peligrosa. Cada estudiante debe localizar la llave del agua más cercana al puesto de trabajo, la ducha lava ojos y la ducha para fuego. Cuando los reactivos corrosivos caen sobre la piel, el tratamiento general consiste en restregar restregar la parte afectada afectada inmediatamente con agua y jabón (preferente con jabón de tierra). tierra). En caso de quemaduras con reactivos químicos, no es recomendable usar ungüentos grasosos ya que estos ayudan a que el reactivo penetre en los tejidos.
COMPORTAMIENTO DE PERSONAS PE RSONAS Y GRUPOS La actitud actitud que asumamos asumamos como personas personas integran integrantes tes de un grupo grupo será el factor factor principa principall que determine el éxito y la eficacia de la actividad en el laboratorio. Debemos cultivar actitudes tales como :
a) Seriedad. . Actitud que debemos guardar tanto dentro de nuestro grupo de trabajo como en la relación con otros grupos bien sea para consultar, corregir, corregir, ampliar o emitir opiniones. b) Interés. Disposición de ánimo que debe conservarse en todo trabajo científico. El interés nos lleva a indagar, indagar, a ampliar conocimientos y, sobre todo, a salvar cualquier cualquier obstáculo que pueda presentarse. c) Orden. El cual ha de tenerse tanto en el desarrollo de los procesos o pasos como en las difer diferent entes es activ activida idades des que que ello ello impliq implique: ue: en el ma manej nejo o de apar aparat atos os de uso común común,, en la exposición de opiniones y en las discusiones que deben efectuarse a media voz. El orden permite concentrarse concentrarse exclusivamente en el tema de la clase. d) Colaboración. Actitud indispensable, que debemos convertir en hábito, tanto tanto para el trabajo en grupo como para cualquier otra actividad. MANEJO DE APARATOS E INSTRUMENTOS 1. Para su utilización hay hay que ceñirse estrictamente estrictamente tanto a las las explicaciones del profesor como a las indicaciones de la guía. Si tiene dudas, no lo utilice , consulte al profesor. profesor. 2. Debe recordars recordarsee que todos son aparat aparatos os técnicos, sensibles, sensibles, costosos costosos y de difícil difícil consecución consecución pues, en su mayoría, mayoría, no se producen en el país. Por lo tanto, todo cuidado que tengamos con ellos ellos redund redundar ará á en nuestr nuestro o prop propio io benefi beneficio cio,, en bien bien de la insti instituc tución ión y de los futur futuros os estudiantes.
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PRESENTACIÓN
L
a siguie siguiente nte compi compilac lación ión de prác prácti ticas cas de labor laborat ator orio io para para Químic Química a Orgá Orgánic nica a 1 ha sido sido desar desarro rolla llada da recog recogien iendo do las las guías guías experi experimen mental tales es que hemos hemos venido venido ejecuta ejecutand ndo o en los
cursos cursos corres correspon pondie diente ntess a la asign asignat atur ura a duran durante te los último últimoss 2 años. años. Se han han ensay ensayad ado o las las modificaciones a las prácticas habituales y, por demás, tradicionales tratando de adaptarlas al esquema de prácticas a mediana o pequeña escala con el propósito de: a) disminuir los riesgos de
contaminación contaminación y daños a los equipos, instalaciones y personas; b) economía de tiempo, recursos y esfuerzos; c) adecuarnos a los tiempos modernos en docencia de la química orgánica.
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CONTENIDO PRIMERA PARTE Práctica 1. TEMPERATURA DE EBULLICIÓN Práctica Práctica 2. SUBLIMACIÓN Y TEMPE TEMPERATU RATURA RA DE FUSIÓN Práctica 3. SOLUBILIDAD Y RECRISTALIZACIÓN Práctica Práctica 4. EXTR EXTRACCIÓN ACCIÓN CON CON SOLVENTES SOLVENTES Práctica 5. DESTILACIÓN SENCILLA Práctica 6. DESTILACIÓN FRACCIONADA Práctica Práctica 7. CROMATOGRAFíA CROMATOGRAFíA EN CAPA DELGADA Práctica Práctica 8. REACCIONES REACCIONES DE HIDROCARBUR HIDROCARBUROS OS ALIFÁTICOS Práctica Práctica 9 OBTENCIÓN OBTENCIÓN DE ACETILENO ACETILENO Y PROPIEDAD PROPIEDADES ES DE ALQUINOS ALQUINOS Práctica tica 10.
REACCION IONES ACETANILIDA
DE
HIDRO IDROCA CARB RBU URO ROS S
AROMÁT OMÁTIC ICOS OS
Y
NITRACI RACIÓN ÓN
DE
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PRÁCTICA 1 TEMPERATURA DE EBULLICIÓN INTRODUCCIÓN Las moléculas de un compuesto líquido están en continuo movimiento y aquellas moléculas más energéticas que se hallan en la superficie pueden escapar a la fase gaseosa. Si se coloca un compuesto líquido en un recipiente cerrado se escaparán moléculas de la fase líquida a la fase gaseosa y el número de ellas en esta fase aumentará hasta que la velocidad con la cual las moléculas en la fase gaseosa reingresan al líquido sea igual a la velocidad con la cual se escapan. En este momento el sistema se encuentra en equilibrio y la presión en la fase gaseosa debida a las moléculas del compuesto es lo que se llama la presión de vapor del compuesto. Esta presión de vapor depende de la temperatura a la que se halle el compuesto líquido; como se puede observar en la figura 1 para cierto compuesto. A mayor temperatura, mayor energía cinética de las moléculas del compuesto líquido, por lo tanto mayor tendencia a escapar a la fase gaseosa y en consecuencia aumentará aumentará la presión de vapor. vapor. Cuando un compuesto líquido en un recipiente abierto se empieza a calentar paulatinamente va aumentando su presión de vapor hasta que llega un momento en que ésta se hace igual a la presión atmosférica. Cuando esto sucede, el líquido ha alcanzado su punto de ebullición. En el punto de ebullición la presión de vapor contrarresta la presión atmosférica y en el seno del líquido, al no sentirse presión, se forman burbujas permitiendo permitiendo así que la vaporización ocurra en muchos puntos dentro del líquido. En el punto de ebullición la velocidad de vaporización ha aumentado drásticamente puesto que ocurre en la superficie y en el seno mismo del líquido. El punto de ebullición de un líquido depende de la presión externa llamándose punto de ebullición normal cuando la presión externa es una atmósfera. La presión externa puede reducirse (por medio de una bomba de vacío, esto se conoce como punto de ebullición a presión reducida), dand dando o lugar lugar a que el líquid líquido o bulla bulla a una temper temperatu atura ra más baja baja que que la norma normal. l. Esto Esto es especialmente útil en líquidos que posean altas temperaturas temperaturas de ebullición.
Figura 1. Variación de la presión de vapor del agua con la temperatura.
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Los puntos de ebullición se utilizan en la identificación de compuestos líquidos y aún de sólidos de bajos puntos de fusión. También, por su valor y por la precisión en su rango, se utilizan como criterio de pureza en muestras de compuestos. OBJETIVOS Desarrollar Desarrollar habilidad y destreza en la determinación de puntos de ebullición. Manipular Manipular adecuadamente los implementos necesarios para determinar puntos de ebullición. Determina Determinarr el punto punto de ebullición ebullición del agua a presión atmosféri atmosférica ca y reducida reducida por el método método común. Determinar la presión de vapor del agua en el punto de ebullición. Determinar la temperatura temperatura de ebullición de muestras desconocidas por el método del capilar. capilar. •
• • • •
MATERIALES (EQUIPOS E IMPLEMENTOS) 1 Banda de caucho o hilo. 1 Tubos de ensayo. 1 Malla metálica. 1 Trípode o aro metálico con soporte. 1 Mechero y manguera. Glicerina o aceite mineral. 1 Beaker pequeño o tubo de Thiele
1 Erlenmeyer de filtración al vacio de 250 mL 2 Capilares cerrados en un extremo. - Piedritas de ebullición. Agua. 1 Termómetro (0º - 100º C). Bomba de vacío.
PARTE EXPERIMENTAL 1. Punto Punto de ebulli ebullición ción del agua a presi presión ón atmosfé atmosféri rica ca y a presión presión reducid reducida a por el método método del micro-reflujo. Arme Arme el equipo equipo mostrad mostrado o en la figura figura 1. Colocar Colocar aproximad aproximadamen amente te 100 mL de agua en un erlenmeyer. erlenmeyer. Adicionar Adicionar uno o dos pedacitos pedacitos de piedras piedras de ebullición ebullición (material (material poroso) poroso) para para asegura asegurarr que el líquido líquido bulla unifor uniformement memente. e. Ajustar Ajustar el termómetro termómetro de tal forma forma que el bulbo este por encima de la superficie superficie del líquido. Calentar Calentar el sistema gradualmente gradualmente hasta alcanzar la temperatura de ebullición. Anotar el valor cuando la temperatura permanece constante durante unos 15 a 20 segundos. Reempl Reemplaza azarr el agua agua calie caliente nte por agua agua fría fría y conect conectar ar el despr desprend endimi imient ento o later lateral al del erlenmeyer por medio de una manguera rígida a un sistema de vacío. Hacer succión y calentar calentar suavemente suavemente el sistema sistema hasta hasta el punto punto de ebullición a presión presión reducida. reducida. Anotar el valor de temperatura. temperatura. Comparar Comparar la dos dos temperaturas temperaturas de ebullición y estimar la presión presión de vapor del agua para cada temperatura de ebullición extrapolando en la figura 2 2. Punto Punto de ebullici ebullición ón por el método método del capilar capilar.. Se toma un capilar cerrado y se sumerge con la parte cerrada hacia arriba en un tubo de ensayo que contenga una pequeña cantidad cantidad de la muestra líquida, aproximadamen aproximadamente te 2 mL. El tubo de ensayo se calienta en un baño de aceite. Inicialmente se observará el desprendimiento de burbujas burbujas de aire aire atrapa atrapado do dentro dentro del capilar capilar.. El calentamie calentamiento nto debe realizar realizarse se a una veloci velocida dad d apro aproxim ximada ada de uno uno a dos dos grad grados os por minuto minuto hasta hasta cuando cuando el burb burbuje ujeo o sea constante, en este momento se detiene el calentamiento y se registra registra la temperatura. temperatura. Cuando dejan de salir las burbujas burbujas del tubo capilar y el liquido ascienda por este se lee nuevamente la temperatura, en este momento la presión de vapor dentro y fuera del capilar es igual a la presión atmosférica.. La temperatura que se lea en el termómetro será el punto de ebullición aproximado.
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Figura 2. . Aparato para punto de ebullición a presión atmosférica. Realizar este procedimiento a 2 mL de agua y a 2 mL de un líquido problema asignado por el profesor el cual puede ser cualquiera de las siguientes sustancias: Sustancia Acetona Ciclohexano Cloroformo Metanol Etanol
Punto de ebullición normal (°C) 56 81.4 61 65 78
PREGUNTAS 1. Cons Consul ulte te sobr sobree los los prin princi cipi pios os fisi fisico coqu quím ímic icos os de la ebul ebulli lici ción ón y del del punt punto o de ebul ebulli lició ción n corregido. 2. ¿Cuá ¿Cuáll será será el punt punto o de ebul ebulli lici ción ón a 200 200 mm Hg de un compu compues esto to segú según n la figu figurra 2? Explique. 3. ¿Se pueden compara compararr directa directamente mente los puntos puntos de ebullición ebullición medidos medidos en Barran Barranquil quilla la con los puntos de e bullición normales reportados en la literatura? literatura? 4. A un hidro hidroca carb rbur uro o desc descon onoc ocid ido o se le midi midió ó su punt punto o de ebul ebulli lici ción ón norm normal al y dio dio 81º 81º C. también también se le midió midió su densidad densidad dando 0,724. 0,724. Consulta Consultando ndo textos textos o manuales manuales aprop apropiado iadoss identifique el hidrocarburo hidrocarburo explicando su procedimiento.
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PRÁCTICA 2 SUBLIMACIÓN SUBLIMACIÓN Y TEMPERATURA DE FUSIÓN INTRODUCCIÓN SUBLIMACIÓN Existen sólidos cuya presión de vapor alcanza el valor de 1 atm antes de llegar a su punto de fusión, es decir, por debajo de la temperatura temperatura en la que la presión de vapor de la sustancia sólida es igual a la de su transforma transformación ción al estado estado líquido. líquido. Para tales sólidos, en la curva presión de de vapor-temperatura (A-X en la figura 1) la presión de 760 mm corresponde a una temperatura inferior a Tx, o dicho de otra manera, manera, la presión de vapor Px, correspondiente al punto de fusión, Tx es superior a 760 mm.
X
Px Presión de vapor
Líquido
S
760
A
Sólido
Tx Ts Temperatura
Figura 1. Presión de vapor para una sustancia pura contra la temperatura. Cuando un sólido de este tipo se calienta a la presión de una atmósfera, tan pronto como se alcanz alcanza a la presión presión de vapor vapor de 760 mm, el sólido pasa pasa directamente directamente desde el estado estado sólido sólido a la fase de vapor a temperatura constante. Al enfriarse, pasará directamente a la fase sólida. Este proceso recibe el nombre de sublimación. sublimación. La sublimación sublimación es usualmente muy fácil para para aquellos materiales que no posean interacciones intermoleculares fuertes. La principal desventaja de la técnica de sublimación es que no es un proceso muy selectivo. La sublimación se puede efectuar, tanto a presión atmosférica como a presión reducida. Para estos fines se han ideado varios montajes, uno de los más sencillo es el utilizado en esta práctica. práctica. Se purificará por sublimación sublimación el alcanfor alcanfor o naftaleno naftaleno contaminado. El alcanfor y el naftaleno naftaleno son sustanci sustancias as orgáni orgánicas cas barata baratass que pueden obtenerse obtenerse comercia comercialment lmente. e. El alcanfor alcanfor también también es producto producto de oxidación de muchos recursos naturales. naturales. TEMPERATURA DE FUSIÓN El punto de fusión es una constante física muy utilizada en la identificación de compuestos orgánicos orgánicos sólidos. El punto de fusión fusión se define como la temperatura a la cual un sólido pasa pasa al estado líquido. En las sustancias sustancias puras puras el paso del estado sólido a líquido se lleva a cabo a una temperatura constante, la cual no experimenta muchas variaciones con los cambios de presión pero si con la presencia de impurezas, esto hace que el punto de fusión sea utilizado muy a menudo para establecer el criterio de pureza en un compuesto sólido. Los Los punt puntos os de fusió usión n de las las molé molécu cula lass refle efleja jan n hasta asta cier cierto to grad grado o el tipo tipo de fuer uerzas zas inte interm rmol olecu ecula lare ress que que está están n pres presen entes tes.. Un aspe aspect cto o muy muy impo import rtan ante te en el anál anális isis is de la tempera temperatura tura de fusión fusión de compuestos compuestos orgánicos orgánicos es la estructura estructura,, por ejemplo la simetría simetría de la molécu molécula la es un facto factorr impor importan tante, te, ya que entre entre má máss simétr simétrica icass sea las las molécu moléculas las,, estas estas se acomodan acomodan mejor en la red cristalina haciendo haciendo la sustancia más compacta y por lo tanto un punto de fusión más alto.
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OBJETIVOS • • • • •
Purificar alcanfor o naftaleno de una muestra impura mediante sublimación. Identificar algunos algunos montajes empleados en la sublimación de compuestos orgánicos. orgánicos. Determinar el punto de fusión de sustancias puras. puras. Desarrollar Desarrollar habilidad y destreza en el manejo de equipos para determinar determinar puntos de fusión. Manipular Manipular adecuadamente los implementos necesarios para determinar puntos de fusión.
MATERIALES a) Sublimación: EQUIPOS E IMPLEMENTOS 1 Equipo de calentamiento. calentamiento. 1 Beaker pequeño. 1 Vidrio de reloj. 1 Baño de arena, aceite o de agua. 1 Erlenmeyer con desprendimiento desprendimiento lateral. lateral. 1 Espátula. b) Puntos de fusión: 1 Mortero con su mango. 2 Tubos capilares. 1 Beaker pequeño. 1 Malla metálica. 1 Trípode o aro metálico con soporte. Glicerina o aceite mineral.
1 Tubo de ensayo. 1 Tapón horadado. 1 Manguera 1 Balanza. REACTIVOS Glicerina o vaselina. Hielo. Alcanfor o naftaleno contaminado.
1 Mechero y manguera. 1 Termómetro (hasta 300º C). 2 Banda de caucho o hilo. 1 Espátula. 1 Vidrio de reloj. REACTIVOS Muestras problema (Ver tabla).
MONTAJES Y APARATOS
Figura 2. (Arriba). Aparatos de sublimación tipo dedo frío a) y b) enfriados por agua; c) enfriado por hielo. Figura 3. (Derecha). Aparato para sublimación de alcanfor
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PROCEDIMIENTOS
a) Sublimación: Primer método: A presión ambiente. 1. Se coloc colocan an 0.20 0.200 0 g de una una mezcl mezcla a de naft naftal aleno eno contam contamin inad ado o en una una beak beaker er limp limpio io y seco seco previamente pesado y se cubre con un vidrio de reloj conteniendo agua sobre éste. Se coloca el beaker en un baño de arena o de agua calentando cuidadosamente. 2. Terminada Terminada la sublimación sublimación se pasa el naftaleno naftaleno a un papel no absorbente absorbente previamente pesado y se calcula el porcentaje de recuperación. Para calcular el porcentaje de naftaleno en la mezcla se pesa el residuo no sublimado y por diferencia se determina la cantidad de naftaleno. Comparar el porcentaje de naftaleno por ambas pesadas. Segundo método: A presión reducida. reducida. 1. Otro montaje montaje se arma empleando empleando un dedo frío, frío, el cual consiste en un erlenmeyer donde se coloca la sustancia sustancia a sublimar. Un tubo de ensayo con agua y un poco de hielo se introduce por la boca del del erlen rlenme meye yerr, suje sujetá tánd ndol olo o con con un tapó apón hora oradado. do. Se cone conect cta a una una mangue nguera ra al desprendimient desprendimiento o lateral lateral y se hace succión para establecer establecer el vacío. vacío. Se calienta calienta en baño de arena, agua o aceite. 2. Al term termin inar ar la sepa separa raci ción ón,, se reti retira ra el reci recipi pien ente te del del baño baño cale calefa fact ctor or y se desc descon onec ecta ta cuidadosamente el vacío dejando entrar lentamente aire en el recipiente. Se saca el dedo frío (tubo de ensayo) que lleva el material material purificado, purificado, se retira el material material del tubo de ensayo con espátula y se recoge sobre un vidrio de reloj o papel un papel tarado y se pesa. Calcule el % de recuperación.
b) puntos de fusión: 1. Preparac Preparación ión de de la muestra: muestra: La técnica técnica más sencilla sencilla para para cargar cargar un capila capilarr consist consistee en tomar tomar una pequeña pequeña cantidad cantidad de la sustancia sustancia previamente previamente reducida reducida a polvo fino, colocarla sobre una espátula espátula y apretar suavemente suavemente el extremo abierto del capilar contra ella. Generalmente basta la fricción entre el vidrio y la muestra para coger con el extremo del tubo capilar en espesor de 1 mm de muestra. Luego se lleva la muestra hasta el fondo del capilar (extremo cerrado). Existen varios métodos que el instructor explicará. 2. Determinación Determinación del punto punto de fusión fusión de un compuesto compuesto puro: puro: • Monte Monte o arme arme el equip equipo o para para punt puntos os de fusi fusión ón señal señalad ado o en la figu figura ra XX XXX. X. Atiend Atienda a las las instrucciones del profesor. • Tome un punto de fusión aproximado para una muestra problema calentando rápidamente el equipo sin exceso, hasta lograr la fusión. • Deje enfriar enfriar el equipo y luego coloque otro capilar con muestra muestra para la determinación determinación real del punt punto o de fusi fusión. ón. Calie Caliente nte el acei aceite te hast hasta a unos unos 15º 15º C por por deba debajo jo del del punt punto o de fusi fusión ón apro aproxi xima mado do obser observa vado do prev previa iamen mente. te. Desde Desde este este punt punto o hast hasta a la fusió fusión n comp complet leta a debe debe calen calenta tars rsee lenta lentamen mente, te, a un ritm ritmo o de 1 a 2º C por por minu minuto. to. Anote Anote todo todoss los los camb cambio ioss observados en la muestra, (color, textura, etc.), y el intervalo o rango de temperatura de fusión. • Anotar la temperatura cuando aparecen trazas de líquido y la temperatura cuando todo el sólido esté fundido, reportar este rango y el promedio como el punto de fusión de la muestra. Tabla 1. Valores teóricos de temperaturas de fusión de compuestos orgánicos
Sustancia
A c e ta n i l i d a Urea Naftaleno Ácido benzoico Ácido salicílico
Punto de fusión
11 4 133 80,3 12 2 158,3
Sustancia
Ácido glutárico α-naftol Á c i d o be n c í l i c o Ácido adípico
Punto de fusión
98 95 151 153
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Figura 4. Equipos s e n c i l lo s para la dete determ rmin inac ació ión n de punt puntos os de fusi fusión ón.. a) con con beaker; beaker; b) disposició disposición n del termómetr termómetro o y tubo capilar; c) a la derecha, con tubo de Thiele .
PREGUNTAS 1. Consulte Consulte sobre sobre los principios principios fisicoq fisicoquímic uímicos os de la fusión; fusión; isomorfi isomorfismo; smo; los los diferentes diferentes equipos equipos y aparatos aparatos para la determinación de puntos de fusión (Tubo de Thiele, dispositivo de ThomasThomasHoover; de Fisher-Johns, de Mel-Temp, etc.); el calibrado calibrado del termómetro y su importancia. importancia. 2. ¿Cómo ¿Cómo se puede explica explicarr el hecho hecho de que la aceton acetona a y el alcohol alcohol etílico etílico rebaje rebajen n el punto punto de fusión del hielo como también el punto de ebullición del agua mientras que la sal y el azúcar elevan el punto de ebullición y rebajan el punto de fusión. 3. ¿Qué ¿Qué es tempe tempera ratur tura a eutéc eutéctic tica? a? 4. ¿Cómo ¿Cómo se determin determina a el punto punto de fusión fusión de gras grasas as y cera ceras? s? 5. Un químico químico cree cree que un nuevo compuesto compuesto por por el sintetiza sintetizado do se descompone descompone ya en el estado estado líquido líquido ligeramente ligeramente por encima de su punto de fusión. Sugiera Sugiera un método sencillo sencillo para para verificar la hipótesis del químico. 6. Consulta Consulta los princ principios ipios fisicoq fisicoquími uímicos cos en los cuales se basa la sublima sublimación. ción. 7. Comple Completa ta un lista listado do de 20 compuest compuestos os orgán orgánico icos, s, como como mínimo mínimo,, que que pueda puedan n purif purifica icars rsee mediante sublimación y da las condiciones de temperatura, vacío o no, etc.) en las cuales se realice el proceso.
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PRÁCTICA 3 SOLUBILIDAD Y RECRISTALIZACIÓN INTRODUCCIÓN La solubilidad es un parámetro determinado experimentalmente y que se define como la cantidad de sustanci sustancia a que se disuelve disuelve en 100 g de solvente solvente a una temper temperatu atura ra determin determinada ada.. Comúnme Comúnmente nte se refiere a la interacción interacción de dos sustancias sustancias para formar formar una una mezcla homogénea. De igual manera se puede referir a soluciones insaturadas y sobresaturadas de manera relativa sin indicar la cantidad de sus componentes. Una solución es insaturada insaturada cuando cuando contiene una cantidad cantidad menor de soluto de la que se puede disolver a una temper temperatura atura determinada determinada.. Las soluciones sobresaturada sobresaturadass contienen una cantidad cantidad mayor de soluto disuelto que la que se podría podría disolver a una temperatura temperatura determinada, determinada, estas soluciones implican un equilibrio equilibrio inestable. Las soluciones saturadas saturadas implican implican un equilibrio estable entre el soluto disuelto y el soluto sin disolver a una temperatura determinada. determinada. Desde el punto de vista estructural, entre mayor sea la similitud de las sustancias (soluto y solvente) para para formar fuerzas intermoleculares, intermoleculares, mayor será la probabilidad probabilidad de una interacción efectiva para producir producir una mezcla homogénea. La solubilidad solubilidad es un parámetro parámetro que depende de la temperatura temperatura y en general aumenta aumenta al incrementarse incrementarse la temperatura. temperatura. En esta propiedad propiedad se basa el procedimiento procedimiento de recristalización para purificar sólidos. En la selección de un solvente para recristalización recristalización se debe de tener en cuenta que la solubilidad solubilidad sea alta en caliente y muy baja en frío para que haya abundante producción de cristales al enfriarse la solución, el solvente no debe de reaccionar con el soluto, debe de ser volátil (bajo punto de ebullición) para ser removido fácilmente y no interaccionar con las impurezas. Cuando hay impurezas coloreadas se puede utilizar un adsorbente selectivo como el carbón activado. Este material se utiliza en muy pequeña cantidad ya que el exceso puede adsorber material a purificar. OBJETIVOS • Observar la solubilidad de algunos compuestos orgánicos en varios solventes y correlacionar este parámetro con la estructura de las sustancias utilizadas. • Purificar un sólido por recristalización utilizando el criterio de buena solubilidad en caliente y poca solubilidad en frío. • Desarrollar habilidad y destreza en el empleo de la filtración a gravedad, filtración al vacío y la selección del solvente adecuado adecuado para para la cristalización cristalización.. • Estu Estudi diar ar las las bases bases físi física cass conce conceptu ptuale aless de la cris crista taliz lizaci ación ón como como método método de puri purifi fica cació ción n de compuestos orgánicos. MATERIALES EQUIPOS E IMPLEMENTOS 1 Embudo de caña corta o sin caña 6 Tubos de ensayo y gradilla. 1 Equipo para filtración al vacío, pequeña escala. 1 Vidrio de reloj. 1 Equipo para punto de fusión. Papel de filtro 1 Capilar cerrado en un extremo. 1 Equipo de calentamiento. calentamiento. 1 Baño de hielo. Balanza. Bomba para filtración al vacío
REACTIVOS Acetanilida o ácido benzoico benzoico impuros impuros Agua destida Carbón activo Acetanilida Ácido benzoico Urea Glucosa Aceite cristal o glicerina 1-butanol Etanol Hexano.
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PROCEDIMIENTOS 1. En cada cada uno de 6 tubos tubos de ensayo ensayo colocar colocar 1 mL de agua fría fría.. Al prime primerr tubo agrega agregarr una pizca (lo que tome en la punta de una espátula) de acetanilida, acetanilida, al segundo una pizca de urea, al tercero una pizca de glucosa, al al cuarto una pizca pizca de ácido benzoico, al quinto 5 gotas de aceite cristal y al sexto 5 gotas de 1-butanol. 1-butanol. observar los resultados resultados y anotar en cada caso caso si hubo solubilida solubilidad d completa completa o no. Las muestra muestrass donde no hubo solubilidad solubilidad completa completa se colocan en un baño baño de agua agua caliente. Observar y anotar anotar los resultados resultados cualitativos. cualitativos. Repetir todo este procedimiento con otro u otros solventes que el instructor indique. 2. Purific Purificación ación de un sólid sólido o impuro. impuro. Pesar Pesar un gramo gramo de acetani acetanilida lida o ácido ácido benzoic benzoico o impuro impuro y coloca colocarl rla a en un erlen erlenmeye meyerr de 125 125 mL, adici adiciona onarr 30 mL de agua agua y llevar llevar la mezcla mezcla a ebullición. Si no se disuelve completamente la sustancia, sustancia, adicionar porciones porciones de 2 o 3 mL de agua dejando dejando hervir hervir lentamente lentamente la mezcla hasta cuando cuando todo el sólido sólido se haya haya disuelto. disuelto. La ebulli ebullició ción n no debe debe de hacer hacerse se en form forma a brusc brusca a para para evitar evitar la pérd pérdida ida de solven solvente te por por evaporac evaporación. ión. Cuando Cuando todo el sólido sólido esté disuelto disuelto agr agrega egarr una pizca de carbón carbón activado activado y dejar hervir lentamente lentamente durante 3 minutos. minutos. Filtrar en caliente por gravedad gravedad a través través de un embudo de tallo corto. Esto se hace con el fin de impedir que haya recristalización recristalización en el papel de filtro filtro o en el embudo embudo.. Si aparec aparecen en crista cristales les en el papel papel o en el embudo embudo se adici adiciona onan n pequeñas porciones de agua caliente. El filtrado se deja enfriar en un baño de agua y luego en un baño de hielo y agua por 5 minutos minutos hasta que precipite todo el sólido. Para separar separar el solvente se filtra al vacío en un embudo Buchner, cuando todo el líquido se haya filtrado mantener mantener el vacío por 3 minutos para para hacer un drenaje drenaje completo. completo. Secar Secar los cristales cristales en estufa estufa a 70 °C dura durante nte 20 minut minutos, os, pesar pesar los cristal cristales es para para calcul calcular ar el porce porcenta ntaje je de recuperación y determinar la temperatura temperatura de fusión. Comparar Comparar con el valor reportado en la literatura.
PREGUNTAS 1. En qué se basa, basa, estructuralmente, estructuralmente, el proceso de recristalización recristalización como método de purificación? purificación? 2. ¿Por qué qué es necesario utilizar utilizar un embudo embudo de caña corta corta y filtra filtrarr la solución en caliente en la primera primera filtración que se hace para remover impurezas impurezas insolubles? 3. ¿Cuá ¿Cuále less son son las las cond condic icio ione ness a tene tenerr en cuen cuenta ta para para elegi elegirr una una mezc mezcla la de solv solvent entes es determinada? 4. Relacione Relacione los pares pares de disolventes disolventes de uso más frecuente frecuente para la recrista recristaliza lización ción en química química orgánica. 5. Expliq Explique ue el procedim procedimiento iento (experimenta (experimental) l) usual usual para para elegir el solvente, solvente, o mezcla mezcla de solventes, solventes, de recristalización recristalización más adecuado. 6. ¿Cuál es el uso del carbón carbón activado activado en el proceso de recristalización recristalización? ? ¿De la celita? 7. Explique Explique ¿En qué consiste consiste la siembra de cristales cristales y cuáles son las técnicas de sembrado sembrado más empleadas? 8. Basánd Basándose ose en los puntos puntos de fusión fusión obtenidos obtenidos ¿qué puede decirse decirse de la recristal recristalizac ización ión como proceso de purificación? purificación? 9. Basá Basánd ndos osee en lo porc porcen enta taje jess de recu recupe pera raci ción ón obte obteni nido doss ¿qué ¿qué pued puedee uste usted d deci decirr de la cristal cristalizac ización ión como método método cuantita cuantitativo tivo de purific purificación ación?? ¿Por qué se pierde pierde compuesto compuesto a purificarse? 10. ¿Cuáles solventes utilizaría para purificar por recristalización los siguientes compuestos: naftaleno, p -nitroacetofenona, -nitroacetofenona, p -nitrobenzaldehído, -nitrobenzaldehído, o -fenilendiamina -fenilendiamina y benzalacetona? 11. Un ácido ácido carboxí carboxílico lico superior superior sólido sólido está contami contaminad nado o con impureza impurezass orgánicas orgánicas.. Explique Explique ¿cómo purificaría purificaría usted el ácido por cristalización cristalización utilizando agua y acetona como una mezcla de solventes?
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PRÁCTICA 4 EXTRACCIÓN CON SOLVENTES INTRODUCCIÓN La extracción se define como el procedimiento mediante el cual se separa un componente de una mezcla o de una solución por medio de un disolvente. Para ello se agita la solución o suspensión que contiene la sustancia que se va a extraer con un solvente apropiado que es inmiscible con el primero primero que contiene la sustancia y en el cual la sustancia deseada deseada es mas soluble. El sistema se deja en reposo y los solventes forman dos capas de acuerdo a sus densidades que pueden ser separas. La extracción puede repetirse varias veces para obtener una mejor separación. Esta técnica es muy utilizada en el aislamiento y purificación de muchos productos naturales como alcaloides, hormonas, colorantes, grasas, entre otros. Cuando el soluto es parcialmente soluble en las capas de disolventes la sustancia se distribuye entre los solventes dados. Esta Esta distribución distribución obedece a una constante (Kd, coeficiente de reparto) reparto) que que es propo proporci rciona onall a la relaci relación ón de las las concent concentra racio ciones nes (Co y Ca) del soluto en las capas orgánicas orgánicas y acuosa respectivamente, o a la relación de las solubilidades So y Sa respectivas. K d =
Co Ca
=
So Sa
En la extracción con solventes, hacer varias extracciones sucesivas con pequeños volúmenes es más eficiente que hacer una sola extracción con un volumen grande de solvente. Algunos Algunos de los solventes solventes orgánic orgánicos os más utilizado utilizadoss en extracci extracción ón son: éter, benceno, benceno, éter de petróleo, diclorometano, cloroformo cloroformo y tetracloruro de carbono. El uso de un solvente depende de la solubilidad del material a extraer en el solvente y de la facilidad con que el solvente se puede remover del soluto. El solvente de extracción más usado por su poderosa acción disolvente sobre la mayoría mayoría de los compuestos compuestos orgánicos orgánicos y su bajo bajo punto de ebullición ebullición es el éter etílico, etílico, pero su gran gra n inflam inflamabi abilida lidad d y su extrema extrema volatili volatilidad dad constituyen constituyen un serio serio problem problema a por el peligro peligro de incendio al evaporarlo. evaporarlo. OBJETIVOS • • • •
Estudiar Estudiar la técnica de extracción con solventes. Diferenciar entre extracción simple y extracción múltiple. y comparar comparar su eficiencia. Aplicar la extracción para separar pigmentos vegetales.
MATERIALES EQUIPOS E IMPLEMENTOS. 2 Beaker de 100 mL 1 Aro y su nuez 1 Probeta de 50 mL 1 Beaker de 250 mL Papel de filtro
1 Embudo de separación de 125 mL y su tapa 4 Erlenmeyer de 50 o 100 mL y sus corchos o tapones 2 Erlenmeyer de 125 mL 1 Embudo
REACTIVOS. Cristal violeta Éter de petróleo Ácido clorhídrico concentrado Ácido sulfúrico (1:4).
Cloroformo Metanol Nitrito de sodio
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Figura 1 . (Arriba). Modo correcto de agitar un embudo de separación. Figu Figura ra 2. (Der (Derec echa ha). ). Emb mbud udo o de sepa separa raci ción ón en posición de vaciado vaciado.
PROCEDIMIENTOS Parte A. Extracción sencilla: La solución de cristal violeta o violeta de genciana puede ser preparada antes disolviendo 2 mg de del colorante colorante en 1 litro de solución. solución. Tomar Tomar 30 mL de la solución solución de violeta violeta de genciana y dividirla dividirla en dos porciones de 15 mL, guardar guardar una porción para la parte B. Coloque una de estas partes en un embudo de separación de 125 mL y añada 15 mL de cloroformo. Tape bien el embudo y agite suavemente aliviando la presión, como lo indicó el profesor. Coloque el embudo sobre el aro permitiendo que la mezcla se separe en dos capas bien definidas. Destape el embudo y abra la llave para retirar retirar la fase inferior en un pequeño Erlenmeyer. Erlenmeyer. En otro Erlenmeyer saque la fase superior. Distinga cuál es la fase orgánica y cuál la fase acuosa. Rotule la fase orgánica como ESC (extracción sencilla cloroformo) y a la fase acuosa ESA (extracción sencilla agua). Conserve estos dos contenidos para comparación comparación posterior. Parte B. Extracción múltiple. La segu segund nda a fra fracció cción n de la solu soluci ción ón de Crist ristal al viol violet eta a se extr extrac acta ta con con tres tres porci orcion ones es independientes de cloroformo de 5 mL cada una. Combine los extractos de cloroformo en un Erlenmeyer pequeño rotulado EMC (extracción múltiple cloroformo). La fase acuosa póngala en otro Erlenmeyer rotulado rotulado EMA (extracción múltiple agua). Compare la intensidad del color en las dos fases de cloroformo y en las dos fases acuosas. Parte C. Extracción Extracción con una solución de hidróxido de sodio. Disolver 0.7 gramos de ácido salicílico y 0.7 gramos de 1,4-dicloro benceno en 35 mL de éter etílico etílico y coloque coloque la solución en un embudo embudo de separac separación. ión. Extrac Extracte te la solución con una sola porción de 15 mL de hidróxido de sodio al 10 %. saque la capa acuosa inferior inferior en un erlenmeyer y guárdela. La fase etérea colóquela en otro erlenmeyer previamente pesado y luego evapore en una estufa estufa el éter. Deje enfriar enfriar el recipiente y péselo. Calcule la cantidad cantidad del sólido que que se ha recu recupe pera rado do y lueg luego o iden identi tifí fíqu quelo elo toma tomand ndo o el punt punto o de fusi fusión ón.. Punt Punto o de fusi fusión ón ácid ácido o salicílico=158 salicílico=158 °C, 1,4-diclorobenceno=53 1,4-diclorobenceno=53 °C.
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PREGUNTAS. 1. 2. 3. 4.
¿Qué diferenci diferencia a hay entre coeficient coeficientee de reparto reparto y coeficiente coeficiente de distribu distribución? ción? Expliqu Expliquee por qué la extracción extracción múltip múltiple le es más eficient eficientee que la extracción extracción sencilla. sencilla. Expliqu Expliquee en qué consi consiste ste la extracci extracción ón ácido ácido base. base. Expl Expliq ique ue el efec efecto to de la misc miscib ibil ilid idad ad parc parcia iall de dos dos diso disolve lvent ntes es sobr sobree la efic eficac acia ia de la extracción. 5. ¿Por ¿Por qué se debe destapa destaparr siempre siempre un embud embudo o de separa separació ción n cuand cuando o se está sacand sacando, o, a través de la llave, el líquido que contiene? 6. ¿Qué ventajas ventajas presenta presenta par para a una extrac extracción ción el empleo de un disolven disolvente te más pesado pesado que el agua o de un disolvente más ligero que el agua? 7. Un agua está contaminada contaminada con cantidades cantidades muy pequeñas pequeñas de aceite. ¿Cómo ¿Cómo podría podría determinar determinar el porcentaje en peso de aceite en esa agua? 8. ¿Podría utilizar la la misma técnica técnica propuesta propuesta en el problema anterior anterior para para dosificar dosificar gasolina gasolina en el agua? Explique. 9. Un compue compuesto sto X tiene un coefic coeficien iente te de distri distribuc bución ión de 10 entre entre bencen benceno o y agua. agua. Si una solución contiene 12 gramos de X en 100 mL de agua: a) ¿Cuántos gramos de X se extraen con 100 mL de de benceno? b) ¿Cuántos gramos gramos de X se extraen con 100 mL mL de benceno pero en dos extracciones de 50 mL? c) ¿Cuántos gramos de X se extraen con 100 mL de benceno per en 4 extracciones de 25 mL? 10. Al extraer una solución solución que contiene contiene 4 gramos gramos de ácido ácido butíric butírico o en 100 mL de agua con 50 mL de benceno a 15ªC, pasan pasan a la fase bencénica 2,4 gramos gramos de ácido. ¿Cuál es el coeficiente de distribución del ácido butírico en benceno - agua a 15ªC? 11. 11. En la prep prepar araci ación ón de anilina anilina por reducc reducción ión de nitr nitrobe obence nceno no siempr siempree se obtien obtienee en el product producto o final final un poco de nitrobe nitrobenceno nceno que no reaccion reaccionó ó contami contaminan nando do la anilina anilina.. ¿Cómo ¿Cómo haría para para purificar la anilina por extracción? 12. Dar las reacciones reacciones químicas químicas que sufre el ácido ácido benzóico benzóico durante durante el proceso proceso de extracci extracción ón y recuperación explicando el objetivo y propósito de cada una de ellas.
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PRÁCTICA 5 DESTILACIÓN SENCILLA INTRODUCCIÓN La destilación es el método más frecuente e importante para la purificación de líquidos estables en su punto de ebullición. La técnica puede adaptarse también para materiales inestables en la cercanías de sus puntos de ebullición y esta modificación (destilación al vacío) se trabajará más adelante adelante.. Se utiliza utiliza siempre siempre para para separar separar un líquido líquido de sus impurez impurezas as no volátiles volátiles.. Para Para estos fines se utiliza el aparato aparato de destilación representado en la figura. Cuando se calienta una sustancia líquida y se dejan condensar sus vapores en un recipiente distinto del que se emplea para el calentamiento, se está llevando a cabo una destilación (debe distinguirse del proceso de sublimación). Cuando se destila una sustancia pura, se efectúa una destilaci destilación ón simple. Lo que realment realmentee ocurre ocurre en este proceso es que se calienta calienta el líquido líquido en un recipiente (balón o matraz de destilación) hasta que se vaporiza; el vapor pasa a un refrigerante donde se convierte de nuevo en líquido y se recoge luego en un recipiente colector. Con frecuencia se considera la destilación simple como aquélla que no requiere una columna de fraccionamiento o aquella en la que se separa un material esencialmente puro, ya sea de un componente no volátil o de otro muy minoritario. Ninguna de estas definiciones es exactamente cier cierta ta.. Si el proce roceso so de dest destil ilac ació ión n impl implic ica a la sepa separa raci ción ón de una una sust susta ancia ncia de otra otra,, independientemente de la diferencia entre sus puntos de ebullición o de sus presiones de vapor, corresponde a una destilación fraccionada. Tanto para una destilación fraccionada como para una destilación simple puede emplearse un aparato de destilación simple, es decir, un aparato sin columna columna de fracci fraccionam onamiento iento.. Independie Independientemente ntemente del aparat aparato, o, una destilaci destilación ón simple simple sólo puede llevarse a cabo cuando se destila una sustancia pura. pura. OBJETIVOS • Capacitar Capacitar al estudiante en el manejo de la técnica de destilación simple. • Establecer los principios teóricos en los cuales se basan estas técnicas con el fin de que el estudiante pueda aplicar las variables variables específicas en la resolución de problemas. problemas. • Separar el componente principal de una bebida alcohólica o de otro tipo de sustancia que el instructor disponga. MATERIALES IMPLEMENTOS Y EQUIPOS 1 Termómetro (0-300 ºC) 1 Balón de fondo redondo con desprendimiento lateral (125 mL) 1 Condensador 1 Alargadera - Tapones de corcho y caucho. 1 Mechero
Piedritas de ebullición. 1 Agitador de vidrio 1 Erlenmeyer de 125 mL. 1 Gradilla
REACTIVOS: Bebida alcohólica o otra sustancia indicada por el profesor.
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Figura 1. 1. Montaje de equipo de destilación destilación sencilla
PROCEDIMIENTOS Arme el equipo como se muestra en la figura 1, teniendo en cuenta que la dirección del flujo de agua en el condensador debe ser de abajo hacia arriba. arriba. Explique brevemente la razón por la la cual se debe tener la precaución anterior. Coloque de 50 a 100 mL de muestra muestra alcohólica a destilar destilar y 2 o 30 piedra piedrass de ebullición ebullición en un balón balón de destilació destilación. n. Antes Antes de iniciar iniciar el calentami calentamiento ento verifiqu verifiquee con el instructor instructor el sistema montad montado o por usted. Ajuste Ajuste el calor de tal manera manera que el destil destilad ado o caig caiga a a una gota por segundo segundo.. Recib Reciba a el destil destilad ado o en la probe probeta ta y regis registre tre la temperatura a la cual se destila la primera gota y anote el tiempo que se necesito para que esto ocurriera. ocurriera. Mida los tiempos tiempos necesarios para para recoger volúmenes de destilado destilado como usted desee (ejemplo 5, 10, 10, 15, 20, etc). etc). Cuando termine termine desmonte el equipo. Con los datos datos obtenidos haga haga un gráfico gráfico de volumen de destilado contra tiempo de destilación PRECAUCIONES Y RECOMENDACIONES • Durante la destilación, el extremo superior del bulbo termométrico debe quedar justamente a la altura de la horizontal que pasa por la parte inferior del tubo de desprendimiento desprendimiento lateral (ver figura 1), de tal forma que el bulbo sea bañado por el vapor que asciende. • La destilac destilación ión debe hacerse hacerse siempre siempre con lentitud, lentitud, pero sin interru interrupcion pciones, es, mantenié manteniéndose ndose continuamente una gota de condensado en el bulbo del termómetro. • Cuan Cuando do se destil destila a agua agua pueden pueden emplea emplearse rse tapon tapones es de caucho caucho;; pero pero cuand cuando o se destil destilan an muchos muchos líquidos líquidos orgánicos orgánicos que atacan atacan o hinchan hinchan la goma es preferi preferible ble el uso de tapones tapones de corcho debidamente ajustados o implementos con boca esmeriladas. • No permita que se forme espuma o que haya salpicaduras salpicaduras que lleguen hasta la boca del balón. • Si el líqu líquid ido o en ebul ebulli lici ción ón se lleg llegas asee a pasa pasarr al cond conden ensa sado dor, r, debe deberá rá susp suspen ende ders rsee el calentamiento, calentamiento, lavar todos los implementos y volver a empezar el procedimiento.
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PREGUNTAS 1. Consulte los fundamentos fundamentos fisicoquímicos fisicoquímicos de la la destilación destilación simple. 2. Consul Consulte te los siguien siguientes tes concep conceptos tos y relac relación iónelos elos con el experi experimen mento to soluci solucione ones, s, frac fracció ción, n, mezcla homogénea. Cambio físico, cambio químico, líquido homogéneo. 3. ¿Por qué no se evapora evapora de repente todo el líquido del matraz matraz de destilación cuando cuando se alcanza el punto de ebullición? 4. ¿Por qué no se debe llenar un balón balón de destilación mucho más de la mitad mitad de su capacidad? capacidad? 5. ¿Cual es la desventaja de utilizar utilizar un matraz matraz de destilación destilación cuya capacidad capacidad es cuatro, cinco cinco o más veces el volumen del líquido que se va a destilar? destilar? 6. Un líquido líquido orgánico orgánico comienza comienza a descomponerse descomponerse a 80 ºC. Su tensión tensión de vapor vapor es entonces de 36 mm. ¿Cómo podría estilar este líquido? 7. Si el bulbo bulbo termomét termométrico rico no se mantiene mantiene húmedo húmedo con condensado condensado durante durante la destilaci destilación, ón, la lectura del punto de ebullición ¿será más alta o más baja? Dese una explicación. 8. Cítense Cítense dos razones razones que justifi justifiquen quen el que el agua agua fría en un refrig refrigeran erante te se haga circular circular en sentido ascendente desde la tubuladura tubuladura inferior a la superior y no en sentido contrario. contrario.
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PRÁCTICA 6 DESTILACIÓN FRACCIONADA INTRODUCCIÓN El más común de los procedimientos procedimientos de destilación es la destilación fraccionada. fraccionada. En el caso más favorable para la destilación, el contaminante hierve a una temperatura muy distinta del punto de ebullición del componente principal. Se debe grabar en la mente que incluso la sustancia de punto de ebullición más elevado contribuirá a la fase vapor en proporción a su propia presión de vapor y a la fracción molar de componente presente. La única forma de que la fase vapor que cubre el líquido sea un componente puro es cuando el líquido sea una muestra pura. En general, si los puntos de ebullición de dos líquidos difieren en menos de unos 70ºC, resultará resultará insuficiente un aparato de destilación simple para separarlos. Por lo general, el empleo de una columna columna de destilaci destilación ón facili facilitar tará á la destilación. destilación. No obstante obstante,, si los puntos de ebullición ebullición de los dos componentes difieren en menos de unos 10ºC, sólo se podrán separar mediante mediante el empleo de un equipo especial. Una Una column columna a de destil destilaci ación ón permit permitee alar alarga garr el cami camino no entre entre el ma matr traz az de destil destilaci ación ón y el refrigerante refrigerante que conduce al colector. A través de la prolongación prolongación que ofrece la columna ocurre el proceso de vaporización vaporización y condensación (equivalente a varias pequeñas destilaciones). Cada ciclo de vaporización-condensación es equivalente a una destilación simple. Cuantos más de estos ciclos ciclos se sucede suceden, n, má máss se enriq enriquece uecerá rá el vapor vapor en el compon component entee má máss volát volátil, il, mientra mientrass el condensado lo hará en el menos volátil, lo que conduce a una separación separación más eficaz. OBJETIVOS • Determinar el porcentaje de un componente líquido en una muestra comercial. • Establecer Establecer comparaciones entre la destilación sencilla y la destilación fraccionada. fraccionada. MATERIALES EQUIPOS E IMPLEMENTOS 1 Equipo de calentamiento. calentamiento. 1 Probeta graduada de 5 o 10 mL 2 Pinzas 1 Pipeta volumétrica de 2 mL 2 Nueces dobles 1 Columna de fraccionamiento 1 Balón de fondo redondo de 250 mL 2 Soportes metálicos 1 Termómetro de -10ºC a 150ºC 4 Tubos de ensayo grandes 3 Tapones de caucho o corchos 1 Gradilla 1 Probeta graduada de 25 mL 2 Mangueras REACTIVOS Y SUSTANCIAS Ron blanco, 150 mL. PROCEDIMIENTOS Primera destilación:
1. Monte el aparato aparato correspondiente correspondiente a la la destilación destilación fraccionada fraccionada (ver figura figura 1). 2. Coloq Coloque ue 100 100 mL de la mezcla mezcla (bebida (bebida alcohól alcohólica ica)) en el balón balón de desti destilac lación ión.. Añada Añada 2 o 3 trocitos de reguladores de ebullición. 3. Ajuste Ajuste el flujo de agua agua que entra al condensado condensadorr de tal manera manera que haya una una corriente corriente lenta hasta la parte superior del mismo. 4. Caliente Caliente la mezcla cuidadosame cuidadosamente nte con una llama llama pequeña de mechero mechero para que el líquido líquido destile lentamente. 5. Recoja Recoja de 30 a 40 mL de destilado destilado en una probeta probeta gra gradua duada, da, previa previamente mente pesada. pesada. Pésela de nuevo con el destilado.
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Figura 1. Aparato de destilación fraccionada Pruebas al primer destilado. a) Coloque 1 mL de destilado sobre el vidrio de reloj y acerque un fósforo o la llama del mechero varias veces. Observe cuidadosamente y anote sus observaciones. Mida el tiempo de la llama producida, si la hay. b) Determine la densidad del destilado. c) Haga la prueba prueba de oxidación oxidación con cromo cromo para para alcoholes alcoholes y compare compare con etanol puro. Anote sus observaciones. Consulte el método. d) Mida el pH de la solución y compare con etanol puro y con agua. Segunda destilación (Redestilación) 1. Colo Coloqu quee el dest destil ilad ado o (alr (alred eded edor or de 30 o 40 mL) mL) en un erle erlenm nmey eyer er pequ pequeñ eño. o. Añad Añada a aproximadamente aproximadamente 1 gramo de óxido de calcio para absorber absorber algo de agua. Someta el destila-do a una redestilación. 2. Recoja Recoja un volumen volumen exacto (2 mL) del redestilado redestilado en una probeta probeta previame previamente nte pesada. pesada. Pésela de nuevo con el destilado. 3. Realice las pruebas pruebas anteriores al redestilado redestilado (llama, densidad, etc.). etc.).
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DATOS EXPERIMENTALES En la tabla siguiente, reporte comparativamente comparativamente sus datos experimentales. Pruebas Fracción Destilado Redestilado
Volumen obtenido (mL)
Peso de la fracción (g)
Densidad (g/mL)
Porcentaje de alcohol
Oxidación con cromo
pH
PREGUNTAS 1. Consulte Consulte las bases bases fisicoq fisicoquímic uímicas as de la destilaci destilación ón fraccion fraccionada ada (puntos (puntos de ebullición ebullición de las soluci solucione ones, s, ley de Ra Raoul oult, t, diag diagra rama mass temper temperatu atura ra-co -compo mposic sición ión,, aseótr aseótropo opos, s, punto punto de ebulli ebullición ción mínimo mínimo y má máxi ximo, mo, empaq empaquet uetami amient ento o de column columnas, as, tipo tiposs de column columnas as y de empacamiento, empacamiento, plato teórico, eficiencia de una columna, etc.). 2. Ha Haga ga una una comp compar araci ación ón de las las dos desti destilac lacion iones es (simpl (simplee y frac fraccio ciona nada da)) según según sus datos datos experimentales. 3. ¿Por qué la columna de destilación destilación empacada empacada con algún material material adecuado adecuado como vidrio o viruta de acero es más eficiente que la columna sin empacar? 4. Expl Expliq ique ue por qué la columna columna en un apar aparat ato o de destil destilac ación ión frac fraccio ciona nada da debe estar estar en una posición vertical. 5. Un líquido orgánico orgánico se descompone al tratar tratar de destilarlo a presión atmosférica. atmosférica. ¿Cómo ¿Cómo haría para destilar destilar este líquido sin que se descomponga? 6. ¿Cómo ¿Cómo se separa separa una mezcla mezcla aseotrópic aseotrópica? a? 7. ¿Por qué refluye refluye condensa condensado do continua continuamente mente al balón balón de destilaci destilación ón desde una columna columna de fraccionamiento fraccionamiento que no está provista de refrigerante refrigerante de reflujo? ¿Ejerce esto alguna influencia en la destilación? Explíquese. 8. Si la destilación destilación a través de una columna de relleno se hace muy rápida rápida,, entonces se inunda inunda la columna (el líquido condensado asciende y se mantiene en la columna) ¿Qué influencia puede tener este fenómeno sobre la eficacia del fraccionamiento? fraccionamiento? 9. Explíq Explíquese uese por qué el trabaj trabajo o con una relación relación de reflujo elevada elevada mejora la eficacia eficacia de una destilación a través de una columna.
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PRÁCTICA 7 CROMATOGRAFÍA EN CAPA DELGADA INTRODUCCIÓN La cromatografía cromatografía de capa delgada (CCD) es uno de los métodos más ampliamente ampliamente utilizados para separar separar,, identificar identificar y, en algunos algunos casos casos hacer hacer el seguimiento seguimiento de una reacción reacción química. química. En principio principio del CCD es sencilla. se produce una capa uniforme de absorbente sólido adecuado (fase estaciona estacionaria ria)) sostenida sostenida sobre una placa de aluminio aluminio o vidrio. vidrio. Se coloca coloca con un capilar capilar en el origen de la placa una mancha de solución de compuesto orgánico o mezcla en estudio, se deja que que un solvent solventee adecu adecuad ado o (eluye (eluyente nte o fase fase móvil) móvil) ascie asciend nda a por la capa capa del absor absorben bente te por capilaridad. El compuesto o compuestos separados se localizan en la placa directamente en el caso de compuestos coloreados, con la ayuda de un indicador, o con luz ultravioleta cuando la fase fase esta estaci cion onar aria ia tien tienee el indi indica cado dorr ultr ultrav avio iolet leta a (quí (quími mica came ment ntee iner inerte te)) el cual cual prod produc ucee fluorescencia al irradiarse con luz UV de onda corta (254 nm) u onda larga (366 nm) dependiendo el tipo de indicador utilizado. Los compuestos ascienden por la capa de absorbente a diferentes velocidades con relación al eluyente, eluyente, realizándose realizándose de esta forma forma la separación separación de los compuestos compuestos de la mezcla. mezcla. A veces es posible identificar los componentes midiendo la velocidad relativa de cada uno con relación a aquel aquella la del frent frentee del solven solvente. te. Esta Esta movili movilida dad d relat relativa iva se conoce conoce como como el valor valor del Rf del compuesto y se define por: El valor de Rf es una constante de cada compuesto bajo un conjunto de condiciones definidas (eluyente, fase estacionaria, temperatura, espesor del absorbente y humedad). Los valores de Rf se encuentran en el rango de 0 a 0.999%. 0.999%. La distancia distancia se mide al centro de la mancha. La crom cromato atogr graf afía ía de column columna a (CC) (CC) es otro otro de los método métodoss má máss efecti efectivos vos utiliz utilizad ados os para para la separación de compuestos, especialmente cuando otros métodos de separación más comunes han resultado poco efectivos. En esta técnica cromatográfica las mezclas se resuelven pasando una una fase fase líqui líquida da móvil móvil (eluyen (eluyente) te) a travé travéss de la fase fase estaci estaciona onari ria a sólida sólida empac empacad ada a en una una columna de vidrio. En la CC clásica el sistema más empleado es el de adsorción; adsorción; como las fuerzas de atracción son diferentes para los distintos compuestos, estos fluyen de arriba hacia abajo abajo con velocidades diferentes, los menos atraídos fluyen primero. OBJETIVOS Aplicar la CCD y la CC como técnicas de separación de una mezcla de componentes. Comp Compar arar ar la efic eficie ienc ncia ia y apli aplica caci ción ón de la CCD CCD y CC como como ejem ejempl plos os de los los méto método doss cromatográficos. MATERIALES EQUIPOS E IMPLEMENTOS 1 Gotero 1 Lápiz o pedazo de manguera 2 Vidrios de reloj 2 placas par CCD 2 Beakers de 20 mL 1 Gradilla 4 tubos de ensayo pequeños
REACTIVOS Y SUSTANCIAS fenacetina pura cafeína pura ácido acetil salicílico Alúmina Etanol Indicador de fluoresencia HF 254 solución sulfocrómica Iodo Disolver 2.5 g de K 2Cr2O7 En 50 mL de ácido sulfúrico al 40 %
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Figura 1. Diferentes tipos de cromatografía: cromatografía: a) de capa delgada o fina; b) de columna; c) esquema de cromatografía líquida. PROCEDIMIENTOS Se prepara una placa de vidrio de 10 por 20 cm con Sìlica gel HF 254. Se pesan pesan las mismas mismas cantidades, cantidades, se dejan al aire 2 horas y se activan a 120°C durante durante 60 minutos. La placa se debe marcar marcar.. Se toman dos tabletas tabletas o un equivalente equivalente de 1.0 g del medicamento medicamento por examinar examinar y se pulveriza pulverizan n en un mortero. mortero. El polvo polvo se transfi transfiere ere a un tubo de ensayo y se adiciona adicionan n 5 mL de metan metanol. ol. Se agita agita fuert fuertemen emente te y se deja repos reposar ar hast hasta a que el excipi excipient entee se sedimen sedimente. te. Se prepar preparan an soluciones soluciones patrón patrón de cafeína cafeína,, fenacetina, fenacetina, y ácido acetil salicílico salicílico en metanol metanol a una concentración de 10 mg/mL. mg/mL. Se aplican sobre la placa placa (ya sea en forma de punto concentrado concentrado o en forma forma de línea línea ) las solucion soluciones es patrón patrón en una una placa placa en las column columnas as 2, 3, 3, 4 y solución solución problema en las las columnas 1 y 5 de de la misma placa. placa. Se dejan secar las manchas. manchas. Se sumerge en una cubeta con el eluente y se deja desarrollar desarrollar hasta hasta la línea límite de recorrido recorrido (10 cm), se saca la placa y se deja secar al aire. Se ilumina ilumina la placa placa con luz ultravioleta ultravioleta (Precaución (Precaución:: no se debe observar observar la luz ultravio ultravioleta leta directamente, directamente, puede dañar los los ojos), se marcan marcan las manchas y se determina el Rf de cada una por comparación. comparación. Se deben identificar identificar los componentes del problema. Después se revela con vapores de yodo ( hay que colocar la placa en una cámara que contenga algunos cristales de yodo en el fondo. fondo. A continuació continuación, n, se saca la placa placa y se pulveriza pulveriza sobre sobre ella la solución solución sulfocrómica sulfocrómica.. Se
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calienta hasta hasta que se observen observen las manchas. manchas. Comparar Comparar los Rf Rf obtenidos con los los teóricos: Rf cafeína Rf fenacetina Rf ácido acetil salicílico
0.16 0.45 0.76
PREGUNTAS 1. ¡Cuále ¡Cuáless son alguno algunoss crite criterio rioss que que deben deben tenerse tenerse en cuenta cuenta en la elección elección de absorb absorbent entee en una separación cromatográfica determinada? 2. ¿En qué qué consiste consiste la cromatogr cromatografí afía a de CCD prepar preparativ ativa? a? 3. Usted tiene un compuesto compuesto impuro impuro y quisiera quisiera saber cuántas cuántas sustancia sustanciass están contamina contaminando ndo su compuesto. Explique cómo lo haría utilizando cromatografí cromatografía a de capa delgada o de papel. 4. En Entr treg egue ue un dibu dibujo jo que que prese present ntee los los resu result ltad ados os obte obteni nido dos, s, los los Rf expe experi rime ment ntal ales es,, los los compuestos encontrados en el medicamento y un breve comentario sobre los reveladores utilizados. 5. Investigue Investigue el nombre nombre que reciben reciben los reveladores reveladores de yodo y ácido sulfocr sulfocrómico ómico.. Porque? Porque?
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PRÁCTICA 8 REACCIONES DE HIDROCARBUROS HIDROCARBUROS ALIFÁTICOS INTRODUCCIÓN Los hidroca hidrocarbu rburos ros son aquellos aquellos compuestos compuestos orgánic orgánicos os que en su estructur estructura a solo contienen carbono carbono e hidrógeno. De acuerdo a las características características estructurales estructurales los hidrocarburos hidrocarburos se pueden clasificar clasificar en alifáticos y aromáticos aromáticos (Estos últimos se estudiaran estudiaran en una práctica posterior). posterior). Los hidrocarburos alifáticos de acuerdo a la naturaleza de sus enlaces se dividen en saturados e insaturados. insaturados. Los hidrocarburos hidrocarburos saturado saturadoss solo poseen enlaces fuertes sigma ( σ)y se denominan alca alcanos nos,, mientr mientras as que que los hidr hidroca ocarb rbur uros os insat insatur urad ados os poseen poseen enlace enlacess sigma sigma y pi ( π) y s e denomi denomina nan n alque alquenos nos si tienen tienen un enlace enlace π y alqu alquino inoss dos enlace enlacess π. Los hidroca hidrocarbu rburos ros insaturados insaturados por presentar enlaces dobles y triples pueden presentar reacciones reacciones de adición ya sea por por radi radical cales es libres libres o por por grup grupos os o átomo átomoss polar polares. es. Los compuest compuestos os satur saturad ados os presen presentan tan reacciones generales de sustitución por radicales radicales libres. Alguna Algunass de las reacc reaccion iones es que que se utiliz utilizar arán án para para la cara caracte cteri rizac zación ión e ident identifi ificac cación ión de los hidrocarburos saturados e insaturados son:
C
C
C
C
C
C
H
+
+
+
Br2
o calor luz
C
C
Br 2 en solución de CCl 4
C
KMnO4 diluido en agua
Br
C
C
Br
Br
C
+ HBr
+ MnO2
OH OH
C
C
+ H2SO4
H
C
C
O-SO3H
En la caracterización caracterización de un compuesto alifático alifático es importante importante observar los cambios de coloración de los reactivos iniciales y de los respectivos productos para definir si se ha dado un cambio quím químic ico. o. Es impo import rtan ante te tene tenerr prese present ntee esto estoss camb cambio ioss cuan cuando do se real realiz izan an prue prueba bass de caracterización. caracterización. En general una sola prueba prueba de caracterización caracterización nunca puede garantizar garantizar que un compuesto desconocido sea una sola sola clase de compuesto. Una prueba prueba puede limitar el número de posibilidades de tal forma que con otras pruebas adicionales se pueda caracterizar caracterizar un tipo de compuesto. Otras pruebas pruebas de mucho valor en la caracterización caracterización de compuestos orgánicos son las pruebas de solubilid solubilidad. ad. De las pruebas pruebas de solubilidad solubilidad se puede puede deducir deducir informa información ción útil con respecto ala estructura de un compuesto. Por ejemplo si un compuesto compuesto es soluble en agua no puede ser un hidroca hidrocarbu rburo ro ya que todos todos ellos tienen carácte carácterr no polar polar y son insolubles en solventes solventes polares. polares.
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Si un hidroca hidrocarbu rburo ro es insoluble insoluble en agua agua pero soluble en ácido ácido sulfúric sulfúrico o concentra concentrado do puede tratarse tratarse de un alqueno. Estos son solubles en ácido ácido sulfúrico concentrado concentrado ya ya que por adición electrofíl electrofílica ica de H2SO4 se forma un sulfato de alquilo el cual puede asociarse con el exceso de ácido sulfúrico sulfúrico disolviéndose en el. OBJETIVOS. • •
Estudiar y distinguir algunas reacciones características de hidrocarburos alifáticos. Observar los cambios físicos y químicos como cambios de color, apariencia, evolución de calor y solubilidad en hidrocarburos alifáticos.
MATERIALES EQUIPOS E IMPLEMENTOS 10 tubo tuboss de ensayo ensayo para para prue prueba bass cualit cualitati ativas vas 5 goteros Lámpar Lámpara a de luz ultra ultraviole violeta ta o bombilla bombilla eléctri eléctrica ca
REACTIVOS Ácido Ácido sulfúr sulfúrico ico conce concentr ntrad ado o (solven (solvente) te) Tetracloruro de carbono (solvente) Solución Solución de bromo bromo al 5 % en CCl4 Solución al 2 % de KmnO4 Ciclo hexano Ciclo hexeno 1-propanol Agua (solvente)
PARTE EXPERIMENTAL. 1.
Prueba de de so solubilidad: En tres tubos de ensayo limpios y secos coloque un mililitro de agua, y agregue 2-3 gotas de ciclohexano al primero, igual cantidad de ciclohexeno al segundo e igual cantidad de alcohol al tercero. tercero. Agite y observe si hay solubilidad. solubilidad. Repetir este procedimiento procedimiento con tetracloruro tetracloruro de carbono. carbono. Para el ácido sulfúrico sulfúrico remítase al numeral 4 de de la parte parte experimental. Nota si un compue compuesto sto es solub soluble le en agua agua no debe debe de ensay ensayar arse se la solubi solubilid lidad ad en el ácid ácido o sulfú sulfúri rico. co. Anotar los datos y observaciones en la tabla de datos.. datos.. 2. Prue Prueba ba con con bro bromo mo:: A cada uno de tres tubos de ensayo agregue agregue 5 gotas de hidrocar hidrocarbur buro o y del alcohol. alcohol. A cada una de estas sustancias agregue 2 gotas de solución de Br2 /CCl4, agite agite bien y observe. observe. En los los tubos donde no haya decoloración. decoloración. Proceda a colocar el tubo cerca de una bombilla eléctrica o una lámpara lámpara de luz ultravioleta. Compare Compare y anote los cambios que puedan haber ocurrido. ocurrido.
3. Prueba con KMnO 4 (prueba de Baeyer): A cada uno de tres tubos de ensayo coloque 5 gotas del hidrocarburo hidrocarburo y del alcohol. Agregar a cada tubo 2 gotas de solución de KMnO4 diluido en agua, agitar agitar y observar los resultados. 4. Prue Prueba ba del del H2SO4: A cada cada uno uno de tres tres tubo tuboss de ensa ensayo yo colo coloqu quee 5 gota gotass del del hidr hidroc ocar arbu buro ro y del del alco alcoho hol. l. Cuidadosamente y con agitación suave agregar 5 gotas de H 2SO4 concentrado. Observe si se desprende calor y si el compuesto reacciona.
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Tabla 1. Hoja de datos para para las distintas pruebas. REACTIVO Hidrocarburo saturado
AGUA
H2SO4
CCl4
Br2/CCl4
KMnO 4/diluido
Hidrocarburo insaturado Compuesto hidrocarburo
No
Otro compuesto
PREGUNTAS: 1. Escrib Escriba a todas las reaccion reacciones es para para los hidroca hidrocarbu rburos ros utilizados utilizados en la práctica práctica con el bromo, bromo, permanganato permanganato de potasio y ácido sulfúrico 2. De la estructu estructura ra y nombre nombre del producto producto princi principal pal que se espera espera de la adición adición del bromo bromo en tetracloruro al 2-buteno 3. En base a los resultados en las pruebas pruebas de solubilidad solubilidad y clasificación clasificación explique como se puede diferen diferenciar ciar sin lugar a dudas entre entre el 1-propanol 1-propanol,, ciclohexano ciclohexano y ciclohexeno. ciclohexeno. Consulte Consulte otras pruebas que permitan diferenciarlos. diferenciarlos.
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PRÁCTICA 9 OBTENCIÓN DE ACETILENO Y PROPIEDADES DE ALQUINOS INTRODUCCIÓN Los compuestos compuestos que contienen contienen triples triples enlaces enlaces carbono carbono-car -carbono bono se denominan denominan alquinos. alquinos. Estos Estos responden a la formula general CnH2n-2 cuando sólo tienen un triple enlace. Estos compuestos también se llaman acetilenos siguiendo el nombre del primer miembro de la serie, HC ≡CH (Etino en la nomenclatura IUPAC). Al igual que el doble enlace, el triple enlace puede dar lugar a reaccion reacciones es de adición adición.. El enlace enlace -C≡C- puede adiciona adicionarr dos moles de un reactivo; reactivo; eligiendo eligiendo conveniente convenientemente mente las condiciones condiciones de reacción reacción suele ser posible posible que la adición adición se detenga detenga en la fase de doble enlace. Una propiedad muy interesante de los alquinos terminales es su capacidad para ceder en forma de protón el átomo de hidrógeno unido al átomo de carbono del triple enlace. Los acetilenos mono sustituídos son por ello ácidos débiles. En lo que se refiere a su carácter ácido, el acetileno está situado entre el amoníaco y el agua. Los acetilenos con átomos de H ácidos reaccionan con el sodio metálico, con los reactivos de Grignard Grignard y con soluciones de sales de algunos metales pesados. La síntesis de alquinos puede implicar uno de dos procesos: la generación de un triple enlace entre dos átomos de carbono por reacciones de eliminación, o bien el aumento del tamaño de una moléculas que ya lo contiene. El acetileno (etino) es sin duda el alquino más importante. Es un gas incoloro, que en estado puro no tiene olor desagradable (temperatura de sublimación –83,6ºC; el mal olor característico del acetil acetileno eno ordi ordina nari rio o se debe debe a la prese presenci ncia a de fosf fosfam amina ina)) y que, que, por por calen calenta tamie miento nto,, se descompone en sus eleme ntos, con gran desprendimiento desprendimiento de calor: C2H2 2 C + H 2
∆H=
-226,9 kJ.
Su combustión libera gran cantidad de energía: 2 C2H2 + 5 O2
4 CO2 + H2O
∆H=
-2612 kJ.
El acetileno se prepara en una forma muy económica y fácil en la industria y también en el laboratorio a partir de la hidrólisis del carburo de calcio: CaC2 + 2 H2O → H-C≡C-H + Ca(OH) 2 OBJETIVOS • Preparar acetileno a partir del carburo de calcio y agua. •
Emplear el acetileno obtenido para realizar ensayos químicos de éste, como representante representante de la función alquino.
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MATERIALES EQUIPOS E IMPLEMENTOS 1-Embudo de adición 1 balón con desprendimiento 1 soporte 2 pinzas me metálicas co con su sus nu nueces 1 manguera 5 tubos de ensayo con tapa 1 gradilla
REACTIVOS Carburo de calcio Agua destilada Solución basificada de KMnO4 Solución am amoniacal de hi hidróxido de de co cobre Ácido clorhídrico diluido Solución de bromo al 1 % en CCl 4
PRECAUCIONES Adicione el agua de bromo en la campana de extracción. • • Tenga cuidado cuidado con el manejo de las bases y los ácidos. RIESGOS La prueba prueba de combu combusti stión ón debe debe hacer hacerse se con extrem extrema a caute cautela la si se hace hace direc directa tamen mente te en el extremo de la manguera. manguera. Mientras se realiza realiza la recolección del gas no debe debe de haber llamas llamas ni cigarrillos prendidos cerca. Los aceti acetilur luros os metáli metálicos cos (cobr (cobree y plat plata a en este este caso) caso) son explos explosivo ivos, s, explot explotan an por golpe golpe o calentamiento. Para evitar accidentes es necesario después de cada experimento destruir estas sustancias con HCl diluido. PROCEDIMIENTOS 1. Se arma arma el montaje montaje de la figu figura ra 1. En En el balón balón se coloca coloca una pequeña cantidad de carburo de calcio 5 gramos y se tapa con un tapó tapó que lleva lleva un embudo embudo de adició adición, n, lleno lleno con agua agua.. Al tubo tubo lateral del matraz se conecta una manguera la cual a su vez va a un vaso de 400 mL con agua y equipado con un tubo de ensayo invertido y lleno de agua dispuesto para la recolección del gas por desplazamiento desplazamiento del agua. 2. Deje caer caer agua agua gota a gota gota al carb carbur uro o de calcio calcio y empiece empiece la recolección recolección del acetileno acetileno en el tubo invertido. invertido. Después Después de haber llenado el primer tubo con acetileno cierre la llave del embudo y tape el tubo rápidamente. rápidamente. En forma forma rápida rápida prepare prepare otro tubo de ensayo ensayo par recolec recolectar tar mas acetilen acetileno. o. Recole Recolecte cte de esta esta form forma a cinco cinco tubos tubos llenos llenos con aceti acetilen leno o para para reali realizar zar las las siguie siguiente ntess pruebas. 3. Inflamabilidad: Tome uno de los tubos de ensayo lleno con acetileno destápelo e inmediatamente acerque un fósforo fósforo prendido a la boca boca del tubo. Agregue agua lentamente al tubo para para mantener mantener el acetileno combustiendo en la boca por desplazamiento desplazamiento del gas hacia arriba arriba.. Observe el color carácter de la llama. Nota, realice cada una de las pruebas en la campana o al aire libre fuera del laboratorio ya que el acetileno es venenoso y explosivo con el aire en presencia de llamas o chispas. chispas. 4. Reacción con bromo: Tome otro frasco frasco con acetileno, destápelo y agregue rápidamente unos 2 mL de solución al 1% de bromo en CCl 4. Tápelo Tápelo de nuevo y agite agite el frasco. frasco. Observe los posibles posibles cambios.
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5. Reacci Reacción ón con KMn KMnO O 4: En otro de los tubos llenos de acetileno agregue rápidamente rápidamente un mililitro de solución al 1 % de KMnO 4. tape el frasco y agite. Observe posibles cambios. cambios. 6. Reacción con cloruro cuproso amoniacal: amoniacal: Tome el cuarto tubo con acetileno y agregue rápidamente unos dos mililitros de solución de cloruro cuproso amoniacal. Tape el frasco, agite y observe. PREGUNTAS 1. Escriba Escriba las ecuaciones para cada una de las reacciones reacciones efectuadas en esta práctica. práctica. 2. ¿Cómo ¿Cómo se obtien obtienee etileno etileno en el labo labora rator torio? io? Si el etilen etileno o se sometier sometiera a a los experime experimento ntoss realizados realizados en esta práctica. práctica. ¿cuál sería su comportamiento? comportamiento? Explique con ecuaciones. 3. La síntesis síntesis indus industr tria iall modern moderna a del acetilen acetileno o se reali realiza za por craq craqueo ueo térmic térmico o del metano. metano. explique este proceso. 4. Los resulta resultados dos estereoq estereoquím uímico icoss sugier sugieren en que que la halogen halogenaci ación ón de los alqu alquino inoss tiene tiene lugar lugar a través de un ión halonio similar al ión halonio intermedio en la halogenación de alquenos. este mecanism mecanismo o explica explica la observación observación que los triples triples enlaces sean mucho menos reactiv reactivos os frent rentee al clor cloro o y al brom bromo o que que los los dobl dobles es.. Dibu Dibuje je los los inte interm rmed edia iari rios os y expli expliqu quee este este comportamiento. 5. Con base en la pregunta anterior anterior completa la siguiente ecuación (-20ºC, en CCl 4): HC≡CCH2CH=CH 2 + Br2 6. Propong Proponga a un mecanism mecanismo o para la adición adición de agua agua al propino propino catalizand catalizando o con ácido ácido sulfúrico sulfúrico y sulfato mercúrico. 7. Indíqu Indíquese ese median mediante te ecuaci ecuacione oness ajusta ajustadas das,, cómo el aceti acetilen leno o y el etileno etileno se compor comportan tan de distint distinta a forma forma que el metano metano frente frente a: a) el ácido ácido sulfúric sulfúrico o concentra concentrado; do; b) el bromo bromo y c) el perm perman anga gana nato to acuos acuoso. o. ¿Qué ¿Qué cara caracte cterí rísti stica ca estru estructu ctura rall es respo responsa nsable ble en el etileno etileno y acetileno de su reactividad? reactividad? 8. Descríbas Descríbasee mediante mediante ecuaciones ecuaciones ajustadas ajustadas el distinto distinto comportamie comportamiento nto del acetileno respecto respecto del metano y etileno frente a: a) sodio metálico; b) cloruro cuproso amoniacal, y c) nitrato de plat plata a am amoni oniaca acal. l. ¿Q ¿Qué ué cara caracte cterís rístic tica a estru estructu ctura rall del acetil acetileno eno es respo responsa nsable ble de su reactividad reactividad frente a estos reactivos? 9. ¿Cuál ¿Cuál es más ácido, ácido, el acetileno acetileno o el benceno? ¿Cuál ¿Cuál es más básico, básico, el etano etano o el etileno? etileno? ¿El etano o el acetileno? Cítense algunos hechos experimentales que confirmen las respuestas.
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PRÁCTICA 10 REACCIONES DE HIDROCARBUROS AROMÁTICOS Y NITRACIÓN DE ACETANILIDA INTRODUCCIÓN Los compuestos aromáticos son aquellos derivados del benceno a que además de poseer enlaces π no presentan fácilmente fácilmente reacciones de adición ya que sus tres enlaces dobles se encuentran en resonancia, resonancia, confiriéndole confiriéndole al sistema mucha estabilidad. Los compuestos aromáticos aromáticos reaccionan mediante mecanismos de sustitución electrofílica. La sustitución electrofílica sobre el núcleo aromático da origen a varios tipos de compuestos depen dependie diendo ndo del tipo tipo de electr electrólf ólfilo ilo y que que son de import importan ancia cia en la síntes síntesis is de deriva derivado doss aromáticos.
H2SO 4/SO 3
HNO 3/H 2SO 4
SO 3H
sulfonación
NO 2
nitración
Cl 2/FeCl3
+
R-X/AlCl 3
Cl
halogenación
R
alquilación de Friedel.Crafts
O O C-R
R-C-Cl/AlCl 3
acilación de Friedel-Craft
Cuando Cuando se ha llevado acabo una primera primera sustitución sustitución en el anillo anillo aromá aromático tico,, este sustituye sustituyente nte actúa como orientador orientador de una nueva sustitución sobre el anillo aromático. aromático. Existen tres posibles isómeros para un anillo bencénico di sustituido:
E E Orto
E
E
E
E Meta
Para
Dentro de ciertos ciertos límites es posible obtener el isómero isómero deseado con buen rendimiento. rendimiento. Cuando el anil anillo lo arom aromát átic ico o se encu encuen entr tra a sust sustit itui uido do,, la velo veloci cida dad d de reac reacci ción ón y el prod produc ucto to correspondiente correspondiente a la segunda sustitución electrofílica va a depender de la naturaleza naturaleza estructural
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del primer sustituyente. Los grupos que presentan un efecto global de electrón dadores activan el anillo y lo hacen mas reactivo reactivo con respecto respecto a la sustitución sustitución electrofílic electrofílica, a, y orientan orientan a posiciones posiciones orto y para. para. Los grupos desactivadores desactivadores orientan a posiciones meta a exce pción de los halógenos. Ejemplo de algunos grupos activadores y desactivadores: desactivadores: Grupos activadores activadores R-O H -NH2 -OCH 3 -NHCOCH 3
Grupos desactivadores desactivadores -NO2 -COOH C=O -CN -SO 3H
OBJETIVOS Estudiar y distinguir algunas reacciones características de hidrocarburos aromáticos. Compara Compararr la velocidad velocidad de reacción reacción hacia hacia una sustitución sustitución electrofíli electrofílica ca de compuestos compuestos aromáticos aromáticos con base en el grupo sustituyente. Ilustrar Ilustrar los efectos efectos orienta orientadores dores en la sustituci sustitución ón electrofí electrofílica lica en carbono carbono aromát aromático ico mediante una reacción de nitración. nitración. •
• •
MATERIALES EQUIPOS E IMPLEMENTOS 1 erlenmeyer de 125 mL 3 tubos de en ensayo pe pequeños ig iguales. Lana de hierro (esponjilla de hierro) 1 termómetro 1 embudo de separación pequeño 1embudo de filtración al vacio Papel filtro para embudo Buchner Beaker pequeño
REACTIVOS Ac e t a ni l i da Ácido ac acético glacial Ácido sulfúrico concentrado Ácido nítrico concentrado Br2 / CCl4 al 20 % por volumen Benceno Ä c i d o be n z o i c o Tolueno CCl4 o CH 2Cl2 Agua – hilo picado
PROCEDIMIENTOS 1. Seleccione Seleccione tres tubos tubos de ensayo ensayo pequeños pequeños secos y de igual diáme diámetro. tro. Adicione Adicione en el primero primero 0.1 gramos gramos de ácido benzoico y 10 gotas de CCL 4, agitar hasta alcanzar máxima solubilidad; en el segund segundo o 10 gotas gotas de benceno benceno y en el tercer tercero o 10 gotas gotas de toluen tolueno. o. Luego Luego al mismo mismo tiemp tiempo o adiciona adicionarr en cada cada tubo 4 gotas de solución solución de Br2/CCl4 al 20 %v/v y una pequeña pequeña porción porción de lana lana de hierro al tubo que al cabo cabo de un minuto minuto no presente presente decoloración decoloración.. Agite los tubos ocasionalmente ocasionalmente mientras transcurre transcurre la reacción. Comparar Comparar la velocidad velocidad de reacción teniendo en cuenta cuenta la decolora decoloración ción dela solución solución de bromo. bromo. Si al cabo de 5-10 minutos minutos no se observa una clara clara decoloración decoloración en alguno alguno de los tubos, sumerja sumerja los tubos tubos en un baño de agua agua tibia que no exceda los 50 °C. 2. Nitració Nitración n de un compuesto compuesto aromáti aromático: co: Disolver Disolver con calentam calentamiento iento suave en un erlenmeyer erlenmeyer de 125 mL 4.5 4.5 gramos gramos de acetanilida acetanilida en 5 mL de ácido acético acético glacial. glacial. Enfríe Enfríe ligeramen ligeramente te hasta hasta que reapare reaparezcan zcan cristal cristales. es. En seguida seguida añada añada lentamente lentamente y con agitación agitación 6.5 mL de ácido sulfúrico sulfúrico concentr concentrado ado bien frio (baño (baño de hielo).
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Preparar Preparar la mezcla nitrante nitrante añadiendo añadiendo 2.5 mL de ácido nítrico concentrado a 3.5 3.5 mL de ácido sulfúrico concentrado concentrado frío. Lleve la mezcla a temperatura ambiente ambiente y transfiérala transfiérala a un embudo de separación pequeño. Enfríe Enfríe la acetanilid acetanilida a a 5°C. Retírela Retírela del baño de hielo y añada añada gota a gota la mezcla nitrant nitrante, e, agitar agitar y homogeni homogenizar zar la mezcla. mezcla. Mantener Mantener la tempera temperatur tura a por debajo debajo de 20°C. 20°C. Luego deje en reposo a temperatura ambiente durante 40 minutos para completar la reacción. Vierta la solución lentamente y con agitación en una mezcla de 70 mL de agua y 13-18 gramos gramos de hielo picado. picado. Recoger Recoger el producto producto por filtr filtració ación n al vacío. vacío. Trans Transfer ferir ir el sólido sólido a un vaso de precipitados y mezclar bien con 50 mL de agua, filtrar de nuevo y lave con mas agua para eliminar el exceso de ácido, secar tanto como sea posible. PREGUNTAS 1 Escriba Escriba las las reacciones reacciones para los respectivos respectivos compuestos aromáticos aromáticos con Br2 /CCl4 2 Compare Compare la velocidad velocidad de reacción reacción hacia hacia una sustitución sustitución electrofíl electrofílica ica del nitroben nitrobenceno ceno y del fenol con relación al benceno. 3 Escriba Escriba en detalle el mecanismo mecanismo de sustitución electrofílica electrofílica para para obtener nitroacetanilid nitroacetanilida a 4 Expliq Explique ue por medio medio de estruc estructur turas as el efecto efecto acti activa vante nte y orien orienta tador dor orto orto /par /para a del grupo grupo –NHCOCH 3 5 Los fenole fenoless son genera generalme lmente nte mucho mucho menos menos ácidos ácidos (pKa 8-10 8-10)) que los ácidos ácidos carbox carboxíli ílicos cos (pKa 5), pero el ácido pícrico (2,4,6-trinitro fenol) ) (pKa 0.25) es tan ácido como el ácido trifluoracético. trifluoracético. Explique Explique esta característica. característica.
PRÁCTICA 11 SÍNTESIS DE BROMURO DE n --BUTILO BUTILO POR REACCIÓN S N2. INTRODUCCIÓN Los compuestos o derivados halogenados son sustancias que solo tienen átomos de carbono, hidrógeno y uno o mas átomos de halógeno. Se les considera derivados de los hidrocarburos, por sustitución sustitución de uno o más hidrógenos, hidrógenos, o derivados derivados de alcoholes alcoholes por sustitución sustitución del grupo oxidrilo oxidrilo (OH) por un átomo de halógeno. Los bromuros bromuros de alquilo alquilo primarios primarios pueden prepararse prepararse por calentamient calentamiento o del correspondiente correspondiente alcohol alcohol primario en una disolución acuosa de bromuro sódico (NaBr) que contenga contenga un exceso de ácido sulfúrico concentrado. Estos reactivos dan lugar a una mezcla en equilibro en la que se halla presente el ácido bromhídrico. La combinación ácido sulfúrico-bromuro tiene una doble función: 1. Libera el ácido ácido bromhídr bromhídrico ico necesario necesario para la reacción reacción.. 2. Forma con el alcohol una mezcla que hierve hierve por encima encima de la temperatu temperatura ra necesaria necesaria para para una reacción rápida del bromuro de hidrógeno con el alcohol primario
R-CH2-OH
NaBr / H2SO4
R-CH2-Br
+
NaHSO4
+ H2O
Al final de la reacción los subproductos y el alcohol que no reaccionó se pueden separar del bromuro bromuro de alquilo alquilo por extracción con ácido sulfúrico sulfúrico y luego solo basta una destilación sencilla sencilla para obtener el producto puro. OBJETIVOS • Obtener bromuro de n- butilo butilo mediante la reacción del bromuro sódico y el n -butanol. -butanol. • Aplicar las diferentes técnicas de separación y purificación de compuestos orgánicos. • Distinguir las reacciones S N2 de las reacciones S N1. MATERIALES EQUIPOS E IMPLEMENTOS 1 Adaptador 1 Condensador para destilación 1 Mechero Bunsen 1 Termómetro 0-150ºC. 2 Erlenmeyer de 125 ml 1 Frasco pequeño (25 l) 1 Matraz de fondo redondo de 250 ml 1 Balón de destilación de 250 ml 1 Embudo de separación de 125 ml 1 Balón de fondo redondo de 50 ml 1 Condensador para reflujo
6 Tapones horadados - Tapones de corcho - Rótulos 1 Tubo de ensayo 3 Soportes 2 Mangueras 4 Pinzas redondas 1 Aro metálico 1 Malla de asbesto 4 Nueces dobles
REACTIVOS n -Butanol 10 ml Bromuro sódico, 13.5 g Ácido sulfúrico concentrado, 23 ml
Cloruro de calcio anhidro Hidróxido de sodio 10%
PRECAUCIONES: RIES RIESGO GOS: S:
Efectúese la práctica en una vitrina. Úsense guantes al manejar el ácido sulfúrico. El ácido ácido sulf sulfúr úrico ico es un ácid ácido o fuert fuertee y desh deshid idra rata tant nte. e. Los vapo vapore ress del halu haluro ro de alquilo son tóxicos a elevada concentración.
PROCEDIMIENTOS En un balón redondo de 250 mL se colocan 13.5 g de bromuro de sodio, 15 mL de agua destilada y 10 mL de n -butanol. - butanol. La mezcla se enfría en un baño de hielo y se añaden lentamente 13.5 mL de ácido sulfúrico concentrado, sin dejar de enfriar ni de agitar. 2. Se coloca el balón sobre un mechero, mechero, placa o manta calefactora calefactora y se acopla un condensador condensador para reflujo con sus mangueras. Se calienta hasta ebullición anotando la hora de inicio. El reflujo debe ser constante e intenso. 3. Se mantiene mantiene el reflujo reflujo por 30-40 30-40 minutos; minutos; se aparta aparta el mechero mechero y se deja deja en reposo reposo con el condensador en marcha durante unos minutos. 4. Se quita el conden condensad sador or para reflujo reflujo y se acopla acopla un equipo equipo de destil destilaci ación ón sencilla. sencilla. Como colector se usa un erlenmeyer de 125 mL. La mezcla se destila hasta que no aparezca más gotas insolubles en agua (controle la temperatura; debe haber alcanzado 115º C). 5. El destilado se transfiere a un embudo de decantación, se añaden unos 10 mL de agua, se tapa y se agita. Si la capa inferior (bromuro de n -butilo) -butilo) se encuentra coloreada de rosado, añada una pizca de bisulfito sódico y agite nuevamente. La capa inferior se pasa a un erlenmeyer limpio y seco. 6. Se lava y seca el embudo de separación separación y se coloca nuevamente nuevamente el bromuro en él. Se enfrían enfrían en baño baño de hiel hielo o 10 mL de ácid ácido o sulfú sulfúri rico co concen concentr trad ado, o, se viert viertee en el embu embudo do,, se agit agita a fuertemente y se deja en reposo por cinco minutos. Se separa la fase orgánica. 7. El bromuro bromuro de butilo se lava primero primero con 10 mL de agua y después con 10 mL de NaOH al 10% y finalmente con 10 mL de agua. Separar las capas. capas. 8. Se seca el producto producto por adición de unos unos 2 g de cloruro de calcio anhidro. anhidro. 9. El líquido seco se decanta decanta a un matraz de 50 mL, y luego se procede a una destilación destilación sencilla. sencilla. En un frasco se recoge la fracción que destila entre 99 y 103 °C. 10. 10. Entr En treg egar ar este este ma mate teri rial al al inst instru ruct ctor or.. 1.
PREGUNTAS 1. Dar Dar las las reac reacci cion ones es fund fundam amen enta tales les que que ocurr ocurren en en la form formac ación ión del del prod produc ucto. to. Incl Inclui uirr el respectivo mecanismo. 2. Si teóricam teóricament entee cada cada mol de alcohol alcohol solo requiere requiere de un mol de sal y de ácido ácido ¿por qué se trabaja con un exceso del bromuro y gran cantidad de ácido? 3. ¿Qué importancia tiene esto frente al equilibrio químico establecido durante la reacción? 4.
¿Por qué se plantea un mecanismo SN 2 para la reacción estudiada?
5. ¿Puede el bromuro bromuro “sacar” “sacar” al OH del alcohol alcohol en forma directa? directa? 6. ¿Puede el agua formada formada revertir revertir la reacción? reacción? Explique Explique.. 7. ¿Cuá ¿Cuále less son los los 2 subp subpro rodu duct ctos os prin princi cipa pale less que que se form forman an en la reac reacci ción ón?? Expl Explic icar ar su formación con base en mecanismos. 8. ¿En ¿En qué qué form forma a se le reti retira ran n las las impu impure reza zass al prod produc ucto to crud crudo o de la reac reacci ción ón?? Expl Explica icarr la fundamentación para esta técnica de purificación del producto.
PRÁCTICA 12 SÍNTESIS DE CLORURO DE
-BUTILO POR REACCIÓN S N1. -BUTILO
terc
INTRODUCCIÓN La transformación de un alcohol en el correspondiente haluro de alquilo por reacción con un trihaluro de fósforo o con un hidrácido es un método de síntesis de haluros de alquilo muy utilizado utilizado en el laboratorio laboratorio.. La reactividad reactividad de los haluros de alquilo depende depende de la estructura estructura de estos, por ejemplo ejemplo para un mismo tipo de haluros de alquilo, 1°, 2°, 3°, los yoduros son 50-100 50-100 veces veces ma mass reac reacti tivo voss que que los los resp respect ectiv ivos os cloru cloruro ros, s, mien mientr tras as que que los los brom bromur uros os tien tienen en una una reactividad intermedia, el orden de reactividad es: R-I >> R-Br >>R-Cl >> R-F Los haluros de metilo son 5-25 veces mas reactivos que los haluros de etilo o cualquier otro miembro de los haluros primarios. primarios. En general los haluros de alquilo terciarios son mas reactivos que que los los secun secunda dari rios os y estos estos ma mass que que los primar primario ios. s. Los Los alcoh alcohole oless tercia terciari rios os reac reacci cion onan an rápidamente a la temperatura ambiente, los secundarios reaccionan lentamente y los primarios necesitan elevadas temperaturas. Una reacción SN1 se diferencia de una SN2 en su orden y molecularidad. Las reacciones SN2 son reaccio reacciones nes de sustit sustitució ución n nucleof nucleofílic ílicas as directa directa en cuya cuya etapa etapa determ determina inante nte de la velocid velocidad ad participan tanto el nucleófilo como el grupo saliente (la participación de dos especies corresponde en general a una reacción de segundo orden). En una reacción SN1 la etapa determinante de la velocidad es la formación del carbocatión, generalmente a través de la pérdida de algún grupo saliente en el sustrato. Puesto que en ella no participa ningún otro reactivo, se trata de una reacción unimolecular o de primer grado. OBJETIVOS Convertir Convertir el alcohol terbutílico terbutílico en el cloruro correspondiente correspondiente mediante la acción del ácido clorhídrico, como ilustración de una reacción de sustitución nucleofílica unimolecular SN1
•
MATERIALES EQUIPOS E IMPLEMENTOS Embudo de separación Beaker de 250 mL Beaker de 100 mL Erlenmeyer de 200 mL Equipo de destilación sencilla
REACTIVOS Alcohol terbutílico 15 mL Ácido clorhídrico concentrado 50mL Bicarbonato de sodio Cloruro de calcio
PROCEDIMIENTOS Añadir Añadir 15 gra gramos mos de alcoho alcoholl terbut terbutíli ílico co (2-meti (2-metil, l, 2-prop 2-propano anol) l) y 50 mL de ácido ácido clorhíd clorhídric rico o concentrado en un embudo de separación. Agitar suavemente esta mezcla durante durante un minuto con el embudo destapado (tener cuidado en esta operación) y luego agitar vigorosamente durante 4 minutos aliviando la presión interna ocasionalmente. Separar la capa acuosa y descartarla. Lave la frac fracci ción ón orgá orgáni nica ca con 20 mL de solu solució ción n satu satura rada da de bicar bicarbo bona nato to de sodi sodio, o, agit agitan ando do suav suaveme ement ntee el embud embudo o dest destap apad ado, o, lueg luego o tápe tápelo lo y agit agitee con fuerza fuerza aliv alivia iand ndo o la presi presión ón
ocasion ocasionalme almente nte.. Drene Drene y descart descartee la capa acuosa acuosa.. Repeti Repetirr el lavado lavado con 20 mL de agua agua.. Transferir el cloruro de terbutilo a un erlenmeyer pequeño y séquelo con 6-10 gránulos de cloruro de calcio, calcio, hasta hasta que la solución solución sea clara. clara. Decanta Decantarr el líquid líquido o directa directament mentee en un frasco frasco de destilación pequeño bien seco y destile. Enfriar el frasco colector en un baño de hielo. Recoger la fracción que destila entre 48-52°C. Redestilar la fracción recogida por debajo de 48 °C. PREGUNTAS 1. La halogenación halogenación directa directa de de hidrocarbur hidrocarburos os muy rara vez vez se utiliza para para la obtención obtención de haluros haluros de alquilo. Explíquese este hecho. Luz
X2 +
R-H
→
R-X +
HX
2. En los proceso proceso de lavado lavado acuoso es absolutame absolutamente nte necesario necesario reconocer reconocer cuál es la capa capa acuosa acuosa a descartar. Que sistema de reconocimiento puede sugerir? 3. Para que que se usa el bicarb bicarbonato onato de de sodio en el el proceso. proceso. Escribir Escribir la reacción reacción.. 4. Con base en criterio criterioss estéricos estéricos y electró electrónic nicos os justificar justificar la reactiv reactivida idad d de alcohol alcoholes es en SN1 y SN2 5. Escriba Escriba el mecanismo mecanismo y diagrama diagrama de energía energía de las las siguientes siguientes reacciones reacciones A.
B.
CH2OH + HCl
OH Me
CH2Cl
Cl + HCl
Me
6. Justifique Justifique el resulta resultado do estereoq estereoquímico uímico de reacción reacción SN1 y SN2. SN2.
PRÁCTICA 13 PRUEBAS GENERALES GENERALES DE ALCOHOLES, FENOLES FENOLES Y ÉTERES ÉTERES INTRODUCCIÓN Los alcoholes alcoholes se designan designan en forma general general como R-OH, R-OH, los fenoles fenoles como Ar-OH Ar-OH y los éteres éteres como R-O-R, Ar-O-Ar o mixtos donde R y Ar representan respectivamente un grupo alquilo o un grupo aromático. Las propiedades físicas y químicas de estos compuestos dependen tanto de R , Ar y del grupo –OH. Solubilidad: Los alcoholes, fenoles y éteres pueden formar puentes de hidrógeno intermoleculares con moléculas del agua. Los alcoholes de bajo peso molecular C1-C3 son muy solubles en agua, la solubilidad solubilidad comienza comienza a disminuir de C4 en adelante para para alcoholes de cadena normal, normal, esto se debe al efecto de la cadena R donde empieza a predominar la estructura no polar del grupo R sobre la porción polar del grupo –OH. Reacción Reacción con solución alcalina alcalina:: Los fenoles fenoles son ácidos mas fuertes fuertes que los alcoholes alcoholes y que el agua. Esto se debe a que el ion fenóxido es una base mas débil que el ion alcóxido e hidróxido hidróxido ya que se halla estabilizado por resonancia.. por esta razón muchos fenoles son convertidos en sus respectivas sales (fenóxidos) por tratamiento con una solución alcalina. Reacción con sodio metálico: El sodio metálico es una base mas fuerte que el grupo –OH, es por esto esto que que cuan cuando do se hacen hacen reac reacci cion onar ar los los alco alcoho holes les y feno fenole less con sodio sodio metál metálic ico, o, esto estoss se comportan comportan como ácidos. ácidos. En esta reacción reacción el sodio desplaza desplaza al hidrógeno hidrógeno del grupo –OH –OH de la misma manera que lo hace con el agua. El desprendimiento de hidrógeno hidrógeno es una evidencia de de la presencia de hidrógenos activos en la molécula. Prueba de Lucas: Estructuralmente los alcoholes se clasifican como primarios, secundarios y terciarios dependiendo del número de radicales unidos al carbono que aporta el grupo –OH. Los alco alcoho hole less trat tratad ados os con el reac reacti tivo vo de Lucas Lucas difi difier eren en en la veloc velocid idad ad con con que que reac reaccio ciona nan n depend dependien iendo do de su estructu estructura. ra. Esto se aprov aprovecha echa para para disting distinguir uir entre entre las las tres clases clases de alcoho alcoholes. les. Esta Esta prueba prueba es aplicab aplicable le a los alcoholes alcoholes solubl solubles es en agua. agua. El reactiv reactivo o de Lucas favorece un mecanismo de reacción SN1, de allí el orden de reactividad observado. Prueba de Bordwell-Wellman: Bajo ciertas condiciones de oxidación es posible distinguir entre los alcoholes primarios y secundarios de los terciarios, ya que los primarios y secundarios se oxidan con facilidad facilidad mientras mientras que los terciarios terciarios no se oxidan con facilidad. facilidad. Uno de los oxidantes oxidantes mas utilizados para esta diferenciación diferenciación es el reactivo del ácido crómico. Con este reactivo los alcoholes primarios se oxidan a aldehídos y los secundarios a cetonas, produciéndose un cambio de color en el reactivo de naranja a verde. La reacción que ocurre es la siguiente: H C-OH
H2C rO 4 naranja
+
C
O
Cr
OH
+
H3O +
O
O
H C
O
H
O
Cr O
OH
C= O
+
H2C rO 3 verde
Pruebas para fenoles: Bromo en agua: El grupo –OH de los fenoles es muy difícilmente difícilmente sustituido, sustituido, por el contrario este grupo grupo ejerce ejerce una una acción acción activa activador dora a sobre sobre el anil anillo lo aromá aromático tico.. Esto facilit facilita a reacci reaccione oness de sustitu sustitució ción n electro electrofíl fílica ica aromátic aromática. a. El efecto activant activantee es muy fuerte fuerte de tal forma forma que en la mayoría de la veces se obtienen productos trisustituidos insolubles en agua.
Cloruro férrico: Los fenoles y los enoles (grupo hidroxilo unido a un carbono con doble enlace), producen una coloración violeta o verde al reaccionar con el cloruro férrico, esta coloración se debe a la formación de un complejo de coordinación con el hierro. Esta prueba permite distinguir entre fenoles y alcoholes. OBJETIVOS • •
Ilustrar mediante pruebas características algunas reacciones de alcoholes y fenoles. Observar las reacciones que permiten diferenciarlas de otros grupos funcionales.
MATERIALES IMPLEMENTOS 10 tubos de ensayo Goteros Pipeta Gradilla
REACTIVOS Etanol n-butanol t-butanol Ciclohexanol β-naftol 2-butanol NaOH Sodio metálico
Resorcinol Acido salicílico Fenol Eter Reactivo de Lucas Acido crómico Cloruro férrico
PARTE EXPERIMENTAL
Solubilidad: En cinco tubos de ensayo pequeños pequeños colocar en cada uno 5 gotas de etanol, n-butanol, n-butanol, t-butanol, t-butanol, ciclohexanol ciclohexanol y éter. A cada uno de los tubos agregar 2 mL (40 gotas ) de agua. Agitar, Agitar, observar y anotar los resultados de solubilidad observados.
Solubilidad en medio alcalino: En dos tubos de ensayo pequeños pequeños colocar en uno 5 gotas de ciclohexanol ciclohexanol y en el otro 0.1 gramos de β-naftol. -naftol. Adicionar Adicionar a cada uno de los tubos 1 mL de NaOH al 10 %, agitar agitar y observar los resultados.
Reacción con sodio metálico: En tres tubos de ensayo pequeños, limpios y secos colocar en cada uno 10 gotas de n-butanol, 2butanol, t-butanol. Adicionar lo mas rápido posible un pequeño pedazo de sodio del tamaño de un grano de arroz y en forma simultanea a los cuatro tubos de ensayo. Observar el desprendimiento de gas y la velocidad velocidad de la reacción reacción.. Anote los resultad resultados os y establezca establezca un orden orden de reacción reacción de mayor a menor.
Prueba de Lucas: En tres tubos de ensayo pequeños limpios y secos, colocar en cada uno 10 gotas del reactivo de Lucas (HCl/ZnCl2). Adicionar respectivamente 5 gotas de n-butanol, 2-butanol 2-butanol y t-butanol. Agitar y medir el tiempo que tarda cada solución en tornarse turbia (lechosa) o en separarse en dos capas.
Prueba de oxidación: En cuatro cuatro tubos de ensayo ensayo pequeños, pequeños, colocar colocar en cada uno 5 gotas gotas de n-butanol, n-butanol, 2-buta 2-butanol, nol, tbutanol butanol y fenol al 5 % en agua. Luego adicionar adicionar a cada tubo con agitación agitación 3 gotas del reactivo reactivo anhídrido crómico en ácido sulfúrico. Observar y anotar los resultados indicando claramente claramente los cambios en la coloración.
Prueba del bromo: En un tubo de ensayo colocar 1 gota de solución de fenol en agua al 5 % y adicionar gota a gota bromo en agua al 10 % hasta que se presente una persistencia de coloración amarilla pálida. Observar color y aspecto del precipitado. Anotar los resultados. resultados.
Prueba del cloruro férrico: En cuatro tubos tubos de ensayo pequeños pequeños colocar respectiv respectivamente amente 5 gotas de fenol fenol en agua al 5 %, 0.1 gramos gramos de resorcinol, 5 gotas de etanol y 0.1 gramos de ácido salicílico al último. Adicionar 5 mL de agua a cada uno de ellos y 2 gotas de solución de cloruro férrico al 1 %. Agitar y observar los resultados.
PREGUNTAS 1. Escriba Escriba una ecuación ecuación que explique explique la la solubilida solubilidad d del compuesto compuesto fenólico fenólico en medio medio alcalino. alcalino. 2. Escriba Escriba una ecuación ecuación para la la reacción reacción de cada una una de las sustancias sustancias empleada empleadass con el sodio metálico, reactivo de Lucas, oxidación, bromo y cloruro férrico. 3. Que ocurrir ocurrirá á al adicionar adicionar el metóxido metóxido de de sodio sodio al agua?. Escriba Escriba la ecuación. ecuación. 4. Cuál Cuál de los los siguie siguient ntes es alco alcoho holes les no es oxida oxidado do por por el ácid ácido o crómi crómico co:: Isobu Isobuta tano nol, l, 1-me 1-metil til ciclopentanol, 2-metil ciclopentanol 5. Cómo Cómo se pued puedee dist distin ingu guir ir media mediant ntee prueb pruebas as quím química icass entr entree el 4-cl 4-clor orof ofen enol ol y el 4-cl 4-clor oro o ciclohexanol? 6. Por que el el ion fenóxido fenóxido es una una base mas mas débil que que el ion alcóxido alcóxido y el el ion hidróxido hidróxido??
PRÁCTICA 14 REACCIONES DE ELIMINACIÓN Y OXIDACIÓN DE ALCOHOLES INTRODUCCIÓN DESHIDRATACIÓN DE ALCOHOLES: Un alcohol es puede transformar en un alqueno por deshidratación: Eliminación de una molécula de agua. agua. Esto requiere requiere la presencia presencia de un ácido fuerte fuerte y la aplicación aplicación de de calor. calor. Según el tipo de alcohol estos difieren en su facilidad de deshidratación. El orden de deshidratación es el siguiente: 3° > 2° > 1°. En el caso de los alcoholes secundarios y terciarios, los datos experimentales muestran que en el mecanismo participa la formación de un carbocatión:
1.
2.
3.
C
C
H
OH
C
C
C
H
OH2
H
C
C +
+
H:B
+ B-
C +
C
C
C
H
OH2
+
+
H 2O
C
+
B-
HB
H
Las etapas 2 y 3 corresponden corresponden a las etapas de eliminación eliminación unimolecular unimolecular (E1), con el alcohol protonado en la primera etapa. La especie protonada en la primera etapa puede experimentar heterólisis, heterólisis, perdiendo perdiendo una una molécula de agua, agua, dando dando origen a un carbocatión. carbocatión. La formación formación del carbocatión es la etapa lenta del proceso. El carácter básico de B y la temperatura del sistema son factores factores que favorecen favorecen que el proceso se lleve a cabo mediante mediante eliminación eliminación en competencia competencia hacia la sustitución. Osea estos dos tipos de mecanismos pueden competir dando productos productos de sustitución o de eliminación. De igual forma cuando la estructura del grupo alquilo lo permite, permite, se pueden presentar reordenamientos o transposición de carbocationes. Cuando hay varias posibilidades de generar mas de un alqueno (mas de un carbono beta al grupo hidroxilo y con hidrógenos disponibles), se produce uno de los isómeros en mayor cantidad que el otro, de acuerdo acuerdo a la regla de Saytzeff, Saytzeff, que establece establece preferencia preferencia por el alqueno mas interior interior o mas sustituido. OXIDACIÓN DE ALCOHOLES: Los alcoholes primarios se oxidan dando aldehídos, los cuales por oxidación posterior producen ácidos carboxílicos.
R-CH2-OH
O
O
R-C-H
R-C-OH
Debido a que los aldehídos se oxidan mas fácilmente que los alcoholes primarios de los cuales
provienen, se hace necesario cuando se esta preparando un aldehído removerlo de la mezcla reaccionante tan pronto se forma para impedir su posterior oxidación. Esto se logra destilando el aldehído mientras se forma ya que posen menor temperatura de ebullición que los alcoholes de igual número de átomos de carbono. Los alcohole alcoholess secunda secundario rioss tambié también n se pueden pueden oxidar, oxidar, generand generando o cetonas cetonas.. Estas Estas son mas resistentes resistentes a una oxidación posterior. posterior. Los alcoholes terciarios terciarios no se oxidan bajo condiciones condiciones normales. Este hecho permite diferenciar los respectivos alcoholes OBJETIVOS: • •
Desh Deshid idra rata taci ción ón de un alcoh alcohol ol como como ilust ilustra ració ción n de la orien orienta tació ción n en el proce proceso so de eliminación unimolecular Preparación de n-butiraldehido por oxidación controlada del alcohol butílico normal.
MATERIALES IMPLEMENTOS Deshidratación: Balón de 100 mL Condensador Erlenmeyer Embudo de separación Equipo de destilación
REACTIVOS Deshidratación: Ácido sulfúrico Alcohol teramílico NaOH 10 % Cloruro de calcio
Oxidación Dicromato de sodio Ácido sulfúrico n-butanol sulfato de magnesio
Oxidación: Matraz de tres bocas Columna de reflujo Embudo de adición Termómetro Condensador con adaptador Balón de 100 mL Mechero Embudo de separación Erlenmeyer PROCEDIMIENTO NOTA: El profesor decidirá cual de las dos experiencias puede realizar según la disponibilidad de materiales y equipos.
1. DESHID DESHIDRA RATAC TACIÓN IÓN DE DE UN ALCOH ALCOHOL: OL: Prepara una solución de ácido sulfúrico en una relación (1:2 v/v) añadiendo cuidadosamente, en pequeñas cantidades 7 mL de ácido sulfúrico concentrado a 14 mL de agua fría contenida en un balón de 100 100 mL. Mantener Mantener el balón en un baño de agua-hi agua-hielo elo entre entre cada cada adición. adición. Nota: La reacción del ácido sulfúrico con el agua es bastante exotérmica y tener presente que el ácido se agrega al agua y nunca el agua al ácido. Luego adicionar 14 mL de alcohol teramílico (2-metil, 2butanol) butanol) enfriando enfriando y agitand agitando o la mezcla. Montar Montar el balón en un baño maría maría sujetándol sujetándolo o con pinzas pinzas a un soporte; adaptar adaptar un condensado condensadorr para destilaci destilación ón con un adaptador adaptador que que lleve a un erlenmeyer como recipiente recibidor y en un baño de hielo ya que los amilenos son de bajo punto de ebullición y muy volátiles.
Contin Continuar uar el calent calentami amient ento o con vapor hasta hasta que no se obteng obtenga a mas destilado destilado.. Transf Transferi erirr el destilado a un embudo de separación y añadir añadir 6 mL de solución de NaOH al 10%. 10%. Invertir el tubo y abrir la llave para para aliviar la presión, presión, cerrar cerrar la llave y luego agitar vigorosament vigorosamente, e, aliviar la presión ocasionalmente. Luego descartar la capa acuosa y verter el alqueno a un erlenmeyer pequeño. Añadir 0.5 gramos de cloruro de calcio anhidro. anhidro. Dejar en reposo sobre sobre un baño de hielo con agitación ocasional. ocasional. Destilar Destilar una vez la mezcla sea clara, clara, recogiendo recogiendo la fracción entre 37-43 37-43 °C en un recipiente recipiente frío. Determinar Determinar la naturaleza naturaleza del producto mediante algunas pruebas sencillas sugeridas por el profesor.
2. OXIDAC OXIDACIÓN IÓN DE ALCOH ALCOHOLE OLES: S: Acondicionar un matraz de tres bocas con una columna de destilación en la boca central, un embudo de adición y un tapón tapón sólido en las bocas restantes. Además acondicionar un termómetro y un condensador a la columna de destilación. Al condensador se conecta mediante un adaptador un balón de 100 mL. Disolver 14 gramos de dicromato de sodio dihidratado en 150 mL de agua y agregue agregue esta solución lentamente lentamente mientras mientras agita a 10 mL de ácido sulfúrico sulfúrico concentrado. concentrado. Poner 10 mL de alcohol butílico normal en el balón de tres bocas junto con unas piedritas de ebullición y la solución acidificada de dicromato de sodio en el embudo de adición. Calentar el matraz de tres bocas hasta que el alcohol ebulla suavemente y sus vapores lleguen a la parte inferior de la colum columna na.. Luego Luego agre agregu guee gota gota a gota gota la solució solución n de dicrom dicromat ato o a una una veloc velocid idad ad tal que que la temperatura en la cabeza de la columna suba por encima de 85 °C, mientras destila la mezcla de butiraldehi butiraldehido do y agua. agua. Es necesario necesario graduar graduar el calenta calentamiento miento para para que que la temperatura temperatura en en la cabe cabeza za de la colum columna na no este este por por deba debajo jo de 75 °C y para para que la desti destila laci ción ón ocurr ocurra a adecuad adecuadamen amente. te. Cuando Cuando se haya haya agr agrega egado do toda toda la mezcla mezcla oxidante oxidante se continu continua a calent calentand ando o durante unos 10 minutos y recolectando lo que destila por debajo de 90 °C. El destilado se pasa a un embudo embudo de separaci separación ón y se separa separa la capa capa acuosa inferio inferior. r. Pasar Pasar la capa capa orgáni orgánica ca a un erlenmeyer erlenmeyer de 125 mL seco, agregar un gramo de sulfato de magnesio magnesio anhidro y agitar durante durante unos dos o tres minutos. Decantar el líquido claro y transferir a un balón de destilación destilación pequeño y destilar fraccionadamente colectando como butiraldehido puro todo lo que destile por debajo de 74 °C. Guardar el producto en un frasco tapado tapado y debidamente rotulado y entregar al instructor. PREGUNTAS 1. La prueba prueba de Baeye Baeyerr se utiliza utiliza para para detecta detectarr la presen presencia cia de doble doble enlac enlace. e. Escrib Escriba a la reacción reacción correspondien correspondiente te cuando se efectúa la prueba con los amilenos amilenos preparados preparados en la práctica. 2. Cuál olefina olefina (alqueno) (alqueno) sería sería el producto principa principall en la deshidratació deshidratación n catalizada catalizada por ácido ácido sulfúrico del alcohol neopentílico (2,2 dimetil propanol). 3. Indique Indique para que que se utiliza la decolora decoloración ción con bromo. bromo. Escriba Escriba la reacción reacción correspon correspondiente diente.. 4. Explique Explique porque porque el butiraldehid butiraldehido o tiene un punto punto de ebullición ebullición bastan bastante te mas bajo que que el nbutano, siendo sus pesos moleculares bastante cercanos entre si. 5. Explique Explique en base a ecuaciones ecuaciones que ocurre ocurre al agregar agregar solución solución de permanganat permanganato o de potasio a una solución de butiraldehido.
PRÁCTICA 15 REACCIONES GENERALES GENERALES DE ALDEHÍDOS Y CETONAS INTRODUCCIÓN. Los aldehídos y cetonas tienen en común la presencia del grupo carbonilo C=O Los aldehídos son compuestos con el grupo carbonílico-terminal (en un extremo de la cadena) mientras en las cetonas este grupo se encuentra en una posición intermedia (entre 2 cadenas carbonadas).
O R
O
C
C
H
R2
R1
Aldehido
Cetona
Los aldehídos se oxidan fácilmente a los correspondientes ácidos carboxílicos; aun con oxidantes suaves (especialmente con iones metálicos como el Cu2+ y Ag+) en soluciones soluciones alcalinas. alcalinas. Las ceton cetonas as en estas estas misma mismass condi condicio cione ness no reac reacci cion onan an,, desd desdee este este punt punto o de vista vista es posib posible le diferenciar los aldehídos de las cetonas. Para ello se recurre a los reactivos de Fehling o Tollens. El reactivo de Fehling no es más que una solución básica de iones Cu2+, en presencia de iones tartrato para impedir su precipitación (El color del del reactivo reactivo es azul oscuro). oscuro). El reactivo reactivo de Tollens Tollens es una una solución solución básica básica amoniacal amoniacal de iones Ag+ (El reactivo es incoloro). Cuando se utilizan estos reactivos en presencia de de un aldehído ocurren las siguientes reacciones: Con Fehling:
O C
R
O
Cu2+ H
Aldehido
OH-/Tartrato azul
R
+
C
O-
Cu2O rojo
Con Tollens:
O R
C
O + H
2Ag(NH3)2+ Incoloro
+ OHR
C
+ 2Ag + 1/2 H2O +NH3 espejo O- de plata
Las cetonas cetonas se pueden oxidar en presencia presencia de oxidantes oxidantes fuertes. fuertes. Pero se obtienen obtienen mezclas complejas de ácidos carboxílicos con átomos de carbono iguales a los grupos R1 y R2.
O R1-CH2-C-CH2-R2
O
O
Oxidante
R1-CH2-C
OH
+
R2-CH2-C
OH
Existen otras pruebas para detectar los aldehídos, sobre todo si estos son de carácter aromático ya que para estos la prueba prueba de Fehling y aun la de Tollens no son evidentes. Una de estas reacciones es la efectuada con el reactivo de Schiff (Solución de Fucsina decolorada con SO 2).
O R
N+H3-
C
+ Reactivo Schiff
H
Coloración magenta
NHSO2H)2Cl-
C(
OH NH-SO2-CH)2C
=C (
H2 N=
R
SO3H Prueba del Yodoformo.
O
Los compuestos que poseen el grupo CH 3 —C— o los que por oxidación oxidación lo pueden producir, producir, reaccio reaccionan nan con una solució solución n de NaOI NaOI ("Prep ("Prepara arada da mezclan mezclando do I 2 + NaOH). NaOH). Para produc producir ir un precipitado de CHI3
O R
C
O I2 / OHCH3
CHI3
+ R
C
O-
Las: Las: reaccio reacciones nes debida debidass al grupo grupo carbon carbonilo ilo son en genera generall de adició adición n nucleof nucleofilic ilica, a, en estas estas reacciones desaparece el doble enlace. Estas reacciones se utilizan para preparar algunos derivados que permitan la identificación del compuesto compuesto carbonlico carbonlico ya que son sólidos de punto de fusión definid definido. o. Uno de los mas utilizados utilizados es la 2,4-Dinitrofeni1 hidrazona, obtenida haciendo reaccionar el compuesto carbonilico con una solución de 2.4- Dinitrofenil hidrazina en medio ácido. NO2 NO2 OH O H2SO4 -NO2 NH2-NH-NO2 R1-C- NH-NHR1-C-R2 + R2
H2O NO2 R1-C= N-NHR2
-NO2
OBJETIVOS •
Estudi Estudiar ar alguna algunass reaccio reacciones nes caract caracterí erístic sticas as de compuest compuestos os corbon corboníli ílicos cos (aldeh (aldehídos ídos y cetonas) cetonas) al igual qua reacciones reacciones específicas. Para diferenciar diferenciar aldehídos aldehídos de cetonas, metil cetonas y cetonas no metílicas.
PARTE EXPERIMENTAL.
Prueba de Tollens. Coloque 5 gotas del reactivo de Tollens en 2 tubos de ensayo pequeños, respectivamente. A uno de los tubos adicione 2 gotas de solución acuosa de formaldehído y al otro 2 gotas de acetona. Agite los tubos déjelos en reposo 15 minutos. Observe y anote los cambios que ocurren. Escriba las reacciones.
Prueba de Fehling Mezclar en un tubo de ensayo pequeño volúmenes iguales de soluciones A y B de Fehling (5 gotas de cada uno de los reactivos). Agregue enseguida 1 gota de solución acuosa de formaldehído. En otro tubo prepare el reactivo de Fehling de forma similar, pero adicione 1 gota de acetona. Caliente los, 2 tubos en un baño de agua caliente durante 3 minutos. Repita el ensayo utilizando una solución de glucosa. Observe y anote los resultados.
Prueba de Schiff Coloque en 2 tubos de ensayo 5 gotas del reactivo de Schiff. A uno de los tubos adicione 1 gota de benzaldehido, al otro tubo 1 gota de acetona. acetona. Agite y deje reposar 5 minutos. Observe Observe y anote resultados.
Prueba del Yodoformo A 20 gotas de una solución al 2% de NaOH en un tubo de ensayo, agregar 1 gota de formaldehído, luego agregar a la mezcla anterior gota por gota una solución de KI/I 2, agitando hasta que la solució solución n quede quede ligera ligeramen mente te ama amaril rilla. la. Repita Repita la experi experienc encia ia utiliza utilizando ndo acetona acetona en lugar de formaldehído. Anotar en cual de de los compuestos se forma el precipitado precipitado amarillo de yodoformo.
Preparación de la 2,4-Dinitrofenil hidrazona de la acetona y del formaldehído En un tubo de ensayo grande colocar 5 gotas del reactivo previamente preparado de la 2,4Dinitrofenil hidracina, luego adicionar 3 gotas de acetona, agitar el tubo de ensayo y dejarlo en reposo durante 5 minutos. Repetir con formaldehído. Observe y anote los resultados. PREGUNTAS. 1. Como diferenciar diferenciaría ía usted, justifica justificando ndo con ecuaciones ecuaciones químicas químicas apropiadas apropiadas los siguientes siguientes compuestos. -
Propa opanona Ciciohexanona
- Metanal
2. Tomando Tomando como base de una reacción reacción de adición adición nucleofíl nucleofílica; ica; Cuál reaccion reacciona a más rápidament rápidamentee un aldehído o una cetona? Sugiera dos factores. factores.
3. Escriba Escriba el mecanis mecanismo mo para la reacci reacción ón entre la 2,4-di 2,4-dinit nitrof rofeni enill hidraz hidrazina ina y un compuesto compuesto carbonilo. 4. Por qué la reacc reacción ión de la la pregu pregunta nta anteri anterior or debe debe llevar llevarse se a cabo cabo en en un medio medio ácid ácido?. o?. papel desempeña el etanol en esta misma reacción? 5
Qué
Pueden distinguirse distinguirse entre si los compuestos compuestos carbonilo carboniloss isoméricos isoméricos de fórmula fórmula molecular molecular C4H8O ? Explique.
6. Un com compuest esto C5H10O reacciona con la 2,4-dinitrofenil hidrazina, pero no reacciona con el reactivo de Tollens, no da la prueba del Yodoformo. Cuál es la estructura de este compuesto?. 7. Cuáles de los los siguientes siguientes compuestos compuestos es de esperar esperar que den positiva positiva la prueba prueba del del yodoformo?. yodoformo?.
O
O a
CH3-CH2-C-H
f
O b
CH3-C-H
OH g
CH3-C-CH2-CH3
h
O d
H-C-H
CH3-CH2-OH OH
i
CH3-C-CH2-CH3 CH3
O e
CH3-C-CH2-CH3 H
O c
CH3-CH2-C-CH2-CH3
OH
Ar-C-H j
CH3-CH2-C-CH2-CH3 H
PRÁCTICA 16 REACCIONES DE ÁCIDOS CARBOXÍLICOS Y DERIVADOS INTRODUCCIÓN Los ácidos carboxílicos constituyen la clase de de ácidos orgánicos mas importantes. Los derivados de ácidos orgánicos se originan al reemplazar el grupo hidroxilo (OH-) de la función carboxilo por otros grupos.
O
R-C-OH
O
O
O
O
O
O
R-C-X
R-C-O-M+
R-C-O-C-R
R-C-O-R
R-C-NH2
Haluros de ácido
Sales
Anhídridos
Ésteres
Amidas
Los ácidos carboxílicos se reconocen por acidez ya que son ácidos mas fuertes que el agua y que el ácid ácido o carb carbón ónico ico.. Los ácidos ácidos carb carboxí oxíli licos cos inferi inferior ores es (has (hasta ta de 4 átomo átomoss de carb carbon ono) o) son son completamente solubles en agua, ya que igual que los alcoholes pueden formar puentes de hidróg hidrógeno eno con ellos ellos mismos. mismos. Las solucione solucioness acuosa acuosass de los ácidos ácidos carboxíl carboxílicos icos inferio inferiores res presentan propiedades ácidas ácidas (pH <7.0) y se reconocen fácilmente con el papel tornasol o por su reacción reacción con el bicarbonat bicarbonato o de sodio desprendien desprendiendo do burbujas burbujas de CO2.. Los ácidos carboxílicos superiores que son insolubles en agua, pueden ser extraídos o solubilizados por medio de una base acuosa como el NaOH, ya que sus sales son solubles en agua.
O R-C-OH
O +
H 2O
+
NaHCO 3
O R-C-OH
H 3O +
+
pH < 7.0
O
O R-C-OH
R-C-O -
- + R-C-O Na
+
H2O
+
O +
Ácido carboxílico superior insoluble en agua
NaOH (ac)
- + R-C-O Na
+
Sal de sodio del ácido carboxílico soluble en agua
H 2O
CO2 (gas)
De los derivados de ácido, los haluros son los mas reactivos, osea son los que presentan mayor tendencia a perder el halógeno por una especie nucleofílica, el solo contacto con el vapor de agua de la atmósfer atmósfera a son transfor transformados mados en en ácidos. ácidos. Las amidas amidas son los menos menos reactivos reactivos hacia hacia un ataque nucleofílico. Para hidrolizar las amidas estas deben de ser calentadas hasta hasta ebullición con ácidos o bases bases inorgánicos. inorgánicos. La hidrólisis hidrólisis básica básica de una amida amida primaria primaria produce produce amoniaco amoniaco y el ión carboxilato y la hidrólisis ácida produce el ácido carboxílico y el ión amonio. OBJETIVOS Conocer y diferenciar mediante algunas reacciones químicas y propiedades físicas algunos ácidos carboxílicos y sus derivados. PARTE EXPERIMENTAL
Solubilidad y acidez: En tres tubos de ensayo colocar, en el primero 10 gotas de ácido acético, al segundo y tercero una pizca de ácido benzoico lo que tome con la punta de una espátula. A los tres tubos agregar 2 mL de agua y observar. observar. A la muestra que sea insoluble insoluble pruebe de nuevo su solubilidad solubilidad en 2 mL de NaOH al 10 %. Observar y anotar los resultados. resultados. A los tres primeros tubos de ensayo observar el pH utilizando papel indicador.
Ensayo de clasificación: En cuatro tubos tubos de ensayo coloque respectivam respectivamente, ente, 5 gotas de ácido acético acético al primero, primero, una pizca de ácido benzoico al segundo, una pizca de fenol al tercero y una pizca de β-naftol al cuarto. Adicionar a cada tubo 2 mL de solución de NaHCO 3 al 5 %. Agitar y observar si hay evolución de burbujas y si el compuesto se disuelve.
Hidrólisis de amidas: Hidrólisis básica: en un tubo de ensayo adicione 0.5 mL de acetamida (o lo que tome en la punta de una espátula espátula si esta sólido) sólido),, agr agrega egarr 1 mL de NaOH NaOH al 10 % y caliente caliente hasta ebulli ebullición ción,, determinar el olor del gas desprendido y probar con papel indicador. Hidrólisis ácida: realizar el mismo procedimiento anterior pero cambiando el hidróxido de sodio por H2SO4 al 10 %.
Hidrólisis de ésteres (saponificación): (saponificación): Colocar 0.5 gramos de grasa (sebo o tocino) en un tubo de ensayo grande. Agregar 3 mL de NaOH NaOH al 25 % y 3 mL de meta metano nol. l. Cale Calent ntar ar a baño baño de ma marí ría a dura durant ntee 20 minu minuto toss agit agitan ando do continuament continuamentee para para disolver disolver la grasa. grasa. Luego y en caliente caliente adicionar adicionar esta mezcla mezcla a 15 mL de NaCl NaCl al 25 % en agua agua contenido contenidoss en un beaker beaker,, agitar vigoro vigorosam sament entee durant durantee 3 minutos. minutos. Observar el precipitado y recójase este por filtración al vacío. PREGUNTAS: 1.
El agua agua y el acei aceite te son son insol insolubl ubles es y form forman an al al mezcla mezclarse rse dos dos capas capas líquid líquidas as difer diferenc enciad iadas. as. De acuerdo a esto, si usted pone a reaccionar hidróxido de sodio acuoso con ácido benzoico disuelto en benceno, cuántas capas capas encontrará al final y sus respectivos componentes?
2.
Cómo Cómo es la diso disociac ciación ión del del aceta acetato to de sodi sodio o en agua agua (parc (parcial ial o tota total), l), el el pH de de esta solució solución n será básico o ácido. Explicar con reacciones.
3.
De los los deriva derivados dos de de ácido ácido por por qué qué las amid amidas as son los compu compuesto estoss menos menos react reactivos ivos hacia hacia un ataque nucleofílico?
4.
Qué Qué es es una una reac reacci ción ón de neut neutra rali liza zaci ción ón??
5.
En la la hidró hidrólis lisis is bási básica ca de de una una amida amida seria seria fund fundame amenta ntall el papel papel indic indicado ador? r? Por qué? 6. Qué se se entien entiende de por por saponi saponific ficaci ación. ón. Cuál Cuál es la estr estruct uctura ura química química genera generall de grasa grasass y aceites.
PRÁCTICA 17 ESTERIFICACIÓN. ESTERIFICACIÓN. PREPARACIÓN PREPARACIÓN DE ACETATO ACETATO DE ETILO INTRODUCCIÓN La reacción de un ácido carboxílico con un alcohol para producir un éster y agua se denomina esterificación de Fischer.
O
O R.C-OH
+ R-OH
R-C-OR´
+ H2O
La esterificación esterificación directa de un ácido carboxílico y alcohol alcohol con un ácido mineral como catalizador catalizador es un proceso reversible. Para la mayoría de los ésteres la constante de equilibrio vale 4, así que si se hacen reaccionar cantidades equimolares del ácido y del alcohol el rendimiento del éster es de aproximadamen aproximadamente te un 67 % molar cuando se ha llegado al equilibrio. equilibrio. Para increment incrementar ar el rendimiento se utilizan varias alternativas con el fin de desplazar el equilibrio, estos pueden ser: • •
Dependiendo del costo relativo de los reactivos, se puede utilizar un exceso de uno de ellos. Remover el agua a medida que se forma.
Esto se puede conseguir a través de una destilación azeotrópica: se añade un tercer componente a la mezcla reaccionante de tal forma que se forme un azeótropo de temperatura de ebullición bajo, con el agua como uno de sus componentes. OBJETIVOS Ilustr Ilustrar ar la reacció reacción n típica típica entre entre ácidos ácidos carboxíl carboxílicos icos y alcoho alcoholes les mediante mediante la acción acción catalítica de ácido y aplicación de calor. • Ilustrar la reacción de sustitución nucleofílica sobre un grupo acilo. •
PROCEDIMIENTO Colocar en una balón de fondo redondo 10 gramos de ácido acético glacial y 13.5 mL de etanol del 95 %. Agitar Agitar continu continuame amente nte y añadir añadir lentame lentamente nte 1.7 mL de ácido sulfúri sulfúrico co concentra concentrado. do. Conectar el frasco a un condensador de reflujo, reflujo, enfriado con agua. Añadir piedras de ebullición y someter someter a reflujo reflujo durant durantee 30-35 minutos minutos sobre sobre un baño baño de vapor. vapor. Luego Luego enfriar enfriar el frasco frasco y reordenar el condensador para una destilación simple con piedras de ebullición y calentamiento en baño de vapor. Utilizar un adaptador y sellar con un tapón apropiado la boca de un erlenmeyer de filtración al vacío que se utilizará para recoger el destilado. En el desprendimiento lateral del del erlenmeyer se conecta una manguera de tal forma que cuelgue por debajo de la mesa. El acetato de etilo es inflamable, inflamable, del mismo modo el erlenmeyer erlenmeyer debe de estar en un baño de hielo. Destilar Destilar hasta que solo permanezca un pequeño residuo de ácido sulfúrico y ácido acético en el balón de destilación. destilación. El destilado destilado se transfiere transfiere a un embudo de separación separación y se agita suavemente suavemente con solución solución de carbonato de sodio, abrir abrir la llave y aliviar aliviar la presión. Continuar Continuar agitando agitando con mas fuerza (aliviando la presión ocasionalmente) hasta que la capa orgánica superior no muestre acidez con papel indicador. indicador. Separar la capa orgánica y lavarla con una solución fría fría de 6 gramos de cloruro cloruro de calcio en 8 mL de agua. Secar el producto producto durante durante 20 minutos sobre sobre sulfato de sodio anhidro anhidro.. Luego filtrar filtrar y destilar destilar utilizando utilizando una una columna columna pequeña pequeña de fraccionam fraccionamiento. iento. Recoger por separad separado o la fracción fracción entre 75-78 °C. Las fraccion fracciones es de menor menor a mayor mayor rangos rangos de ebullición se reúnen y se fraccionan de nuevo.
PREGUNTAS 1. Escriba Escriba el mecanismo mecanismo detallado detallado para esta esta reacción reacción de esterifi esterificación cación.. 2. La alcoh alcohól ólis isis is de haluro haluross de ácido ácido o anhídr anhídrid idos os de ácido ácido es en muchas muchas ocasi ocasion ones es un método preferido para obtener ésteres; de ejemplos de estas reacciones. 3. Qué es un un azeótropo? azeótropo? Qué utilidad utilidad tiene en en esta práctica práctica la formació formación n de un azeótropo? azeótropo? 4. Si se partiera partiera de reactivos reactivos marcados marcados isotopicame isotopicamente nte indique indique donde quedará quedará la marca marca en el producto: 18
O
O 18
CH3-C-OH
CH3-C-OH
18
CH3-CH2-OH
PRÁCTICA 18 PREPARACIÓN PREPARACIÓN Y PURIFICACIÓN PURIFICACIÓN DE ACETANILIDA A PARTIR DE ANILINA INTRODUCCIÓN Las amidas son compuestos que se les puede considerar derivados del amoniaco o de aminas primarias o secundarias por sustitución de un hidrógeno de la amina por un radical acilo (R-CO-), o por sustitución del oxhidrilo del carbonilo de un ácido por un grupo (-NRR´´). En la naturale naturaleza za se encuentran encuentran pocas amidas, amidas, dentro dentro de de ella está la la urea y la aspargin aspargina. a. La amida más simple es la formamida que es un líquido usado comúnmente como disolvente orgánico y también también es muy soluble soluble en agua. agua. Las demás amidas amidas son sólidos sólidos cristali cristalinos. nos. Los puntos puntos de ebullición ebullición de las amidas son mas elevados que los de los ácidos correspondientes correspondientes aunque varían poco con el aumento del peso molecular de las amidas. La acilación de una amida es una reacción ácido base tipo de Lewis, en que el grupo amino básico efectúa un ataque nucleofílico sobre el átomo de carbono carbonílico, que actúa como el centro ácido. La reacción en general transcurre muy rápida con cloruro de ácido, moderadamente rápida con anhídrido de ácido, muy lenta con los ácidos, este proceso necesita calentamiento. En la experiencia siguiente se emplea el método de fabricación industrial de la acetanilida y se realiza calentando una mezcla de anilina, ácido acético y anhídrido acético que transcurre en forma rápida. OBJETIVOS • •
Sintetizar acetanilida a partir de anilina y anhídrido acético. Purificación de la acetanilida obtenida por cristalización y determinación de la temperatura de fusion como parámetro de la pureza del producto obtenido.
PROCEDIMIENTO En un tubo de ensayo colocar 1 mL de anilina, anilina, 1mL de anhídrido anhídrido acético acético y 10 gotas de ácido acético concentrado. Observar el desprendimiento de calor. Calentar la mezcla en un baño maría por unos 10 minutos a temperatura de ebullición suave. Enfriar el tubo en el chorro de agua agua fría y luego en un baño baño de hielo hasta hasta provocar provocar la crista cristaliza lización ción.. Si esto no ocurre ocurre agregar agregar el contenido del tubo en unos 5 mL de agua con hielo, se agita la mezcla y se recogen los cristales por filtración en embudo Buchner. Lavar los cristales directamente en el embudo con un poco de agua fría. fría. Luego pasar pasar los cristales cristales a un beaker de 100 mL para para su recristalizaci recristalización.. ón.. Añadir 20 20 mL de agua y calentar hasta que el agua hierva. Cuando esto ocurra agregar una pizca de carbón activo para absorber impurezas, impurezas, dejar en calentamiento calentamiento por 3 minutos minutos mas. Filtrar por gravedad inmediatamente en caliente de tal forma que no se produzcan cristales en el papel de filtro. Hacer pequeños lavados con agua caliente. Luego enfriar el filtrado exteriormente en un baño de hielo. Dejar en reposo unos minutos. Recoger los cristales en el embudo Buchner. Secar los cristales y determinar el punto de fusión a los cristales de acetanilida. PREGUNTAS 1. Comp Compar arar ar el valo valorr de la temp temper erat atur ura a de fusi fusión ón teór teóric ico o con con el expe experi rime ment ntal al para para la acetanilda. 2. Consulte Consulte las propieda propiedades des y usos de la acetanilid acetanilida a a nivel industr industrial. ial.
3. Plantee Plantee un mecanismo mecanismo completo completo para para la reacción reacción de de síntesis síntesis de la acetanili acetanilida. da.
