Manual de practicas de Laboratorio de Quimica III.pdf

Universidad Autónoma de Zacatecas Unidad Académica de Ciencias Químicas

Manual de prácticas para el laboratorio de Química Orgánica III Compilado por: Dra. Virginia Flores Morales

MANUAL DE PRÁCTICAS PARA EL LABORATORIO DE QUÍMICA ORGÁNICA III

Dra. Virginia Flores Morales

Universidad Autónoma de Zacatecas Rector Lic. Alfredo Femat Bañuelos Secretario General Dr. Francisco Javier Domínguez Garay Secretario Académico M. en C. Arturo Rivera Trejo Coordinador de Investigación y Posgrado M. en C. Édgar Hurtado Hernández Director de la U. A. de Ciencias Químicas M.en C. Sergio Camacho Agüero

© 2004 Virginia Flores Morales, comp. © 2004 Coordinación de Investigación y Posgrado, UAZ Alameda 312, Centro Histórico, 98000 Zacatecas, Zac., México DERECHOS RESERVADOS. La reproducción total o parcial del contenido de este trabajo, sin el consentimiento por escrito de los editores, es un delito. ISBN: 968-5923-03-5 rinte nte d in Mexico Hecho en México/Pri

Formación: LCC Julián Hugo Guajardo E.

Con un profundo agradecimiento al

I.Q. Rogelio Cárdenas Hernández por el apoyo brindado a la realización de este trabajo. ISBN: 968-5923-03-5

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Contenido

I. Prólogo ................................................................................................ ..................................................................................................................................... ..................................... 4 II. Guía básica para el trabajo de laboratori laboratorio. o. .................................................................... 5 III. Formato general para reportar las prácticas. ...... ............ ........... ........... ............ ........... ........... ............ ........... ........... ............ ........ 9 IV. Pre-laboratorio (temas a investigar) y bibliografía recomendada. recomendada. ..... ........... ........... ........... .......... ....10 10 V. Prácticas

Práctica 1. Obtención de Yodorformo ...... ............ ............ ........... ........... ............ ........... ........... ............ ........... ........... .......... 12 Práctica 2. Obtención de 6-Nitroquinolina ...... ........... ........... ............ ........... ........... ............ ........... ........... ............ ........ 13 Práctica 3. Obtención de Cloreton Cloretona a .................................................................... 15 Práctica 4. Obtención de Ftalimida......................................................................16 Práctica 5. Obtención de Acetato de etilo ..... ........... ............ ........... ........... ............ ............ ............ ............ .......... ....18 18 Práctica 6. Síntesis de Salicilato de metilo ...... ........... ........... ............ ........... ........... ............ ........... ........... ............ ......... ...19 19 Práctica 7. Obtención de Ácido acetilsalicíli acetilsalicílico co ..... ........... ............ ........... ........... ............ ........... ........... ........... .....21 21 Práctica 8. Obtención de Fenolftaleína ...... ............ ........... ........... ............ ........... ........... ............ ........... ........... ............ ......25 25 Práctica 9.Preparación de m -Dinitrobenceno ...... ........... ........... ............ ............ ............ ........... ........... ............ ......28 28 Práctica 10. Obtención de Ácido pícrico ...... ........... ........... ............ ........... ........... ............ ........... ........... ............ ......... ...31 31 Práctica 11. Obtención de Fenol ........................................................................... ...........................................................................34 34 Práctica 12. Obtención de Yodobenceno ...... ........... ........... ............ ........... ........... ............ ........... ........... ............ ........ 36 Práctica 13. Obtención de Furfural ....................................................................... 38

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I. Prólogo Este manual de Laboratorio de Química Orgánica III tiene como objetivo servir de guía y apoyo para el curso del mismo nombre y comprende una serie de prácticas para la preparación de variados compuestos orgánicos. El manual está organizado de la siguiente manera: Inicialmente se proporciona una guía básica para el trabajo en el laboratorio, que incluye medidas de seguridad, lineamientos generales, exposición a productos químicos, uso de equipo de laboratorio y manejo de desechos. Enseguida se presenta el formato general de repote de las prácticas. A continuación se incluye una lista de los temas que el alumno deberá investigar antes de cada cada sesión de laboratorio, laboratorio, así como la bibliografía bibliografía sugerida para todas las las prácticas de este curso. Dicha investigación servirá posteriormente para que el alumno elabore los antecedentes de su reporte. Finalmente se presentan las trece prácticas que comprenden este curso, dichas prácticas se agrupan dependiendo del tipo de reacción a estudiar. Cada práctica se encuentra estructurada de la siguiente manera: primero se proporcionan los objetivos del experimento, en seguida se presenta una breve introducción para una mejor comprensión del mismo y finalmente se describe la parte experimental. Los antecedentes, observaciones, resultados, así como su discusión y conclusiones serán responsabilidad del alumno; con la finalidad de que éste desarrolle su habilidad en la redacción de un reporte experimental y reafirme su conocimiento en el área de Química Orgánica. El reporte de la práctica realizada realizada deberá entregarse en la sesión siguiente después de la realización de la misma. Como parte complementaría de la formación de los estudiantes se propone que los alumnos incluyan los espectros de IR, MS, 1H RMN y 13C RMN de los compuestos orgánicos obtenidos con la finalidad de ellos aprendan a interpretarlos y adquieran los elementos necesarios para el trabajo en un laboratorio de síntesis orgánica. ISBN: 968-5923-03-5

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II. Guía básica para el trabajo en el laboratorio

 Medidas de Seguridad La seguridad es una parte integral del trabajo en el laboratorio de química y es una responsabilidad que compete a los estudiantes, auxiliares de laboratorio y maestros. Para ello es necesario estar preparado y saber:  Dónde está la salida del laboratorio, es decir cómo salir de prisa en caso de una

emergencia.  Dónde está el teléfono más cercano y los números de emergencia locales.  Utilizar la campana de extracción para extraer los vapores de reactivos nocivos.  Saber dónde está la estación de lavaojos y la regadera de seguridad, si las hay; o

bien alguna llave de agua corriente para lavarse los ojos o la piel expuesta a algún reactivo químico.  Saber dónde está el extinguidor para sofocar pequeños incendios que puedan

generarse.

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 Trabajo en el laboratorio  Trabajar siempre bajo la supervisión del maestro o del auxiliar de laboratorio.  Usar googles o gafas de seguridad en el laboratorio, reemplazar los lentes de con-

tacto con anteojos.  Usar bata de laboratorio y guantes.  Usar zapatos cerrados para protección de los pies.  Recogerse el pelo y evitar el uso de ropa demasiado holgada o con mangas am-

plias, ya que eso puede interferir en el trabajo.  No ingerir ningún tipo de bebida o alimento en la mesa de laboratorio.  Lavarse las manos después de cada sesión de laboratorio antes de retirarse de éste.

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Exposición a productos químicos

Durante el trabajo de laboratorio se emplearán cierto número de reactivos, lo cual propicia una amplia oportunidad de exposición a los efectos nocivos de éstos productos si se utilizan incorrectamente. Deben estudiarse las características y propiedades de los reactivos, antes de utilizarlos en un experimento. Para ello es importante conocer el rombo de seguridad de los reactivos empleados los cuales proporcionan la siguiente información:

También resulta importante almacenar los productos químicos de forma adecuada, es decir los productos químicos del mismo color de grupo normalmente pueden ISBN: 968-5923-03-5

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almacenarse juntos; las excepciones se describen en la etiqueta. Peligro a la salud (azul)  Reactivo y oxidantes (amarillo)  Inflamable (rojo)  Corrosivo (negro) 



Mínimo peligro (verde)

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Si algún reactivo llega a derramarse debes considerar lo siguiente: •

Si el derrame es pequeño sobre la mesa de trabajo o el piso, debes usar guantes y neutralizar el ácido con base o viceversa; absorber el derrame con una toalla de papel y tirarla en una bolsa etiquetada.

•

Si el derrame es grande, debes avisar de inmediato al encargado del laboratorio; usar guantes y zapatos protectores, utilizar un equipo para derrames.

•

Si ocurre una salpicadura sobre tu piel o ropa, debes quitarte la ropa afectada; lavarse la piel expuesta y aplicarse primeros auxilios rápidamente para minimizar los daños.

•

Si es grande el área expuesta de tu piel o ropa, usar la regadera de seguridad y después aplicarse los primeros auxilios.

 Uso del equipo de laboratorio El equipo de laboratorio es delicado y costoso, por ello es importante que aprendas a utilizarlo correctamente, pide ayuda siempre que lo necesites. Para desarrollar un mejor trabajo de laboratorio no utilices equipos que tengan cables eléctricos gastados o con roeduras. Ten cuidado con el material de laboratorio que esté fragmentado o roto; deposítalo en una caja para reciclado de vidrio. Al usar material debes considerar de qué tipo es:

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Plásticos. Éstos se pueden fundir si son calentados o se pueden disolver en acetona. Vidrio de borosilicato. Éste es el material Pyrex recomendado para altas temperaturas.

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Cristal. En general es usado para trabajar a temperatura ambiente.

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Cerámica. Se recomienda para altas temperaturas, entre estos encontramos los crisoles, los triángulos de arcilla.

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Si usas la balanza, limpia la charola con una brocha suave y no dejes derrames de reactivo. Si durante la práctica de laboratorio usas un mechero de gas, asegúrate de conectar bien la manguera al suministro de gas y al mechero, gradualmente incrementa el flujo de gas y enciende la flama, ajusta la mezcla de aire/gas para obtener una flama estable y caliente.

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Manejo de desechos

Para la disposición final de los residuos debes seguir las instrucciones del profesor de laboratorio. La mayoría de los productos químicos no deben ser arrojados al drenaje, ya que aparte de la contaminación que se genera al medio ambiente, dañas las tuberías de las mesas de trabajo o del lavabo. Todos los metales tóxicos y disolventes halogenados deben recolectarse para su desecho adecuado. Los ácidos y las bases deben neutralizarse antes de ser desechados por lo tanto deberán almacenarse adecuadamente. Debes tener en cuenta también el no generar demasiados desechos, por ello se recomienda utilizar solamente la cantidad requerida de reactivo; el material en exceso no puede regresarse al frasco del reactivo (ya que puedes causar una contaminación) y por tanto debes tratarlo como desecho.

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III. Formato general para reportar las prácticas

1. Título de la práctica 2. Nombre de los realizadores 3. Fecha de realización y fecha de entrega del reporte 4. Resumen 5. Antecedentes 6. Resultados y discusión 7. Parte experimental a)

Procedimiento

b)

Mecanismo de reacción

c)

Espectros de IR, MS, 1H RMN y 13C RMN asignados

8. Conclusiones 9. Bibliografía

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IV.Pre-laboratorio (temas a investigar) y bibliografía recomendada Pre-laboratorio •

Sistemas cetoenólicos: Prácticas 1 y 2

•

Adición nucleofílica al grupo carbonilo: Prácticas 3 y 4

•

Sustitución nucleofílica al grupo carbonilo: Prácticas 5, 6 y 7

•

Sustitución electrofílica al aromático (S EAr): Prácticas 8, 9 y 10

•

Sustitución nucleofílica al aromático (S NAr): Prácticas 11y 12

•

Compuestos heterocíclicos: Práctica 13

Bibliografía       

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L. G. Wade, L. G. Wade Jr. Orga nic C hem istry , 5th ed., 2002. P. Yurkanis Bruice, Orga nic C hem istry , 4th ed., 2000. K. Peter C. Vollhardt, Neil Eric Schore, Orga nic C hem istry: Structure a nd Func tion, 2000. D. L. Pavia, Introduc tion to O rga nic Lab orato ry Tec hniques: A Sma ll-Sc a le Ap proa c h , 2000. T. W. Graham Solomons, Craig B. Fryhle, Orga nic C hem istry , ed. Wiley, 7th ed., 2004. F. A. Carey, Orga nic Ch em istry , Mc Graw Hill, 4th ed., 2000. D.D. Perrin, W. L. F. Armarego, Purification of Laboratory Chemicals , Pergamon Press, 3th ed., 1988. A. M. Schoffstall, B. A. Gaddis, M. L. Druelinger, Microscale and Miniscale Organic Chemistry La b ora to ry Expe rime nts, Mc Graw Hill, 2000. J. W. Cooper, Sp ec trosc op ic Tec hniques for Orga nic Che mistry , Wiley, 1980. R. T. Morrison, Orga nic Ch em istry , 6th ed., 2000. John E. McMurry, Fund a me nta ls of O rga nic C hem istry , 2000.

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V. Prácticas

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Práctica 1: Obtención de Yodoformo Objetivo: Realizar una reacción de α-halogenación y conocer los fundamentos de los sistemas ceto-enólicos.

Fundamento: La reacción del haloformo o reacción de Lieden se presenta en las metil cetonas y en algunos alcoholes secundarios sirviendo como una reacción de identificación estructural, asimismo, el acetaldehído y el etanol son los únicos aldehídos y alcohol primario respectivamente que dan positiva esta reacción. Generalmente se emplea hipoyodito de sodio o de potasio para realizar ésta reacción formando el yodoformo el cual es un sólido amarillo fácilmente identificable por su punto de fusión, los derivados cloroformo y bromoformo son líquidos incoloros. El yodoformo, también conocido como triyodoformo se presenta como pequeñas láminas hexagonales, brillantes o polvo cristalino, de color amarillo limón, untuoso al tacto, de olor y sabor característico, penetrante y persistente y presenta volatilidad. Es insoluble en agua, ligeramente soluble en etanol 96%, totalmente soluble en acetona y éter. Tiene un punto de fusión entre 119.0-122.0 °C. Se usa como antiséptico, desinfectante y cicatrizante para lesiones superficiales.

Parte experimental Material Matraz Erlenmeyer 250 ml Baño María Embudo Buchner

Reactivos 5.0 ml de Etanol 2.0 gr de K 2CO3 1.0 gr de I 2

Desarrollo experimental Disuelva 2.0 gr de K 2CO3 en 10.0 ml de agua destilada y añada 2.0 ml de alcohol etílico empleando para ello un matraz Erlenmeyer. Caliente a baño María la mezcla hasta alcanzar una temperatura alrededor de 70 °C. Añada poco a poco 1 gr de Yodo (cristales), agitando constantemente, una vez terminada esta operación enfríe la solución a temperatura amISBN: 968-5923-03-5

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biente, filtre y lave el precipitado sobre el papel filtro con agua destilada (5.0 ml). En un vaso de precipitados disuelva el sólido en 5.0 ml de etanol y caliente en baño María hasta observar disolución total, retire el vaso del baño y colóquelo sobre la mesa de trabajo, observe a través de las paredes del vaso y agregue gota a gota agua destila, suspenda la adición cuando aparezca turbidez y precipitación del sólido amarillo, evite usar un exceso de agua. Enfríe a temperatura ambiente y filtre de nuevo sobre un embudo seco. Deje secar los cristales y calcule el rendimiento de la reacción. Entregue el producto para su almacenaje.

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Práctica 2: Obtención de 6-Nitroquinolina Objetivo: Llevar a cabo la síntesis de quinolinas por la síntesis de Skraup. Fundamento: La síntesis de Skraup es un procedimiento comercial para la preparación de quinolinas sintéticas, en la cual se hace reaccionar anilina, glicerina en presencia de ácido sulfúrico y un agente oxidante para formar quinolinas piridínicas. Los pasos implicados en la formación de estos anillos son: 1) la deshidratación del glicerol con el ácido sulfúrico para generar la acroleína. 2) La adición nucleofílica de anilina a acroleína para generar ß-(fenilamina) propionaldehído. 3) El ataque electrofílico del carbono deficiente de electrones del aldehído protonado sobre el anillo aromático, este paso consiste en el cierre anular. 4) La oxidación para generar aromaticidad en el anillo recién formado. En esta etapa, el sulfato ferroso utilizado sirve como un moderador de la reacción y evitar que ésta sea muy violenta. El anillo de quinolina se encuentra presente en muchos alcaloides, tiene propiedades aromáticas y es una base más débil que la piridina. Es un líquido soluble en agua, incoloro e higroscópico, soluble en alcohol, éter y sulfuro de carbono. Posee un punto de ebullición de 238 °C, se emplea en medicina y como un intermediario químico importante.

Parte experimental Material Matraz Erlenmeyer 250 ml Baño María Embudo Buchner Equipo para reflujo Mechero Agitador Vaso de precipitados Termómetro Probeta

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Reactivos 2.4 gr de Glicerina 1.8 gr de AsO 5 3.6 gr de p - Nitroanilina 1.8 ml de H 2SO4 conc. HCl al 15 % Solución de NaOH al 10 %

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Desarrollo experimental En un matraz de dos bocas colocar cuidadosamente 2.4 gr de glicerina, 3.6 gr de p - nitroanilina y 1.1 gr. de pentóxido de arsénico. Mezcle perfectamente y adapte un refrigerante en posición de reflujo y caliente suavemente con el mechero a 100 °C para lograr la disolución parcial de la reacción. Deje de calentar la mezcla y agregue al matraz cuidadosamente 2.2 gr de ácido sulfúrico concentrado, observando en este momento la disolución total de los sólidos presentes. Calentar nuevamente el matraz de reacción a una temperatura de 135-140 °C durante dos horas. Deje enfriar la mezcla de reacción y agregue 60 ml de agua destilada y dejarla reposar hasta la siguiente sesión. Filtre la mezcla de reacción y el filtrado llevarlo a un pH básico con una solución de hidróxido de sodio al 10 %. Separe el sólido formado por filtración, disuelva con HCl al 15% y caliente. Filtre en caliente la solución y enfríela para luego agregar hidróxido de amonio hasta precipitación completa de la 6-nitroquinolina. Sepárela por filtración nuevamente, recristalice en etanol-agua (9:1), determine el rendimiento de la reacción, el punto de fusión del material. Entregue el producto para su almacenamiento.

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Práctica 3: Obtención de Cloretona Objetivo: Realizar una reacción de adición nucleofílica al grupo carbonilo para la preparación de un fármaco a partir de acetona y cloroformo en medio básico.

Fundamento: Las reacciones más características de aldehídos y cetonas surgen de la polaridad del doble enlace carbono-oxígeno, la cual induce desigual distribución de electrones, de tal modo que la densidad electrónica aumenta en el oxígeno y disminuye en torno al átomo de carbono. La presencia de este doble enlace hace que las reacciones de adición de una especie nucleofílica sea una de las reacciones más importantes del grupo carbonilo. La cloretona, clorobutanol o alcohol 1,1,1-tricloroterbutílico, tiene la siguiente fórmula molecular C4H4Cl3O y un peso molecular de 177.46g/mol. Presenta apariencia de cristales transparentes o blancos, se sublima rápidamente, su punto de ebullición es de 167 °C a 760 mmHg. El punto de fusión en su forma anhidra es de 97 °C y el del hemihidrato es de 76 °C, es poco soluble en agua, soluble en alcohol y glicerol y muy soluble en cloroformo, éter y aceites volátiles. Es un compuesto altamente higroscópico por tanto debe ser protegido de la exposición prolongada al medio ambiente. El clorobutanol o cloretona es un antiséptico y sedante utilizado como conservador en preparados farmacéuticos de uso oftálmico. Pero presenta toxicidad si se emplea en dosis elevadas.

Parte experimental Material Matraz Erlenmeyer Baño María Embudo Buchner Embudo de filtración Probeta de 25 ml Matraz Kitasato Equipo de destilación Vaso de precipitados 25 ml ISBN: 968-5923-03-5

Reactivos 25.0 ml de Acetona 2.0 gr de KOH 4.0 ml de Etanol 6.7 ml de Cloroformo

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Desarrollo experimental En un matraz Erlenmeyer colocar 25 ml de acetona y 6.7 ml de cloroformo. En un vaso de precipitados de 25 ml disolver cuidadosamente 2.0 gr de KOH en 4 ml de etanol ( de ser necesario se puede calentar suavemente la solución), adicione esta solución lentamente a la primera (en un periodo de 15 min.) y controle la temperatura de reacción de forma que no exceda los 20 grados centígrados empleando un baño de hielo. Una vez terminada la adición se obtiene un precipitado que se separa por filtración y el sólido es lavado con 4.0 ml de acetona. Colocar el filtrado en el matraz de destilación y destilar calentando en baño María lentamente, una vez que los componentes volátiles se hayan destilado, enfriar y vaciar el líquido residual del matraz de destilación en un vaso de precipitados que contenga 100 ml de agua helada y agitar vigorosamente. Se obtiene un precipitado que debe ser separado por filtración en un embudo Buchner. Tener precaución de no exponer el producto al medio ambiente, secar y pesar lo más pronto posible para evitar hidratación y calcule el rendimiento de la reacción. Determinar el punto de fusión y entregue el producto para su almacenaje.

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Práctica 4: Obtención de Ftalimida Objetivo: La obtención de aminas mediante reacción de un anhídrido derivado de un ácido carboxílico a través de un mecanismo de sustitución nucleofílica a carbono saturado.

Fundamento: Las aminas forman un grupo importante de sustancias orgánicas que muestran una basicidad apreciable. Una amina tiene la fórmula general R-NH 2, R2-NH, ó R3N donde R es un grupo alquilo o arilo. Las aminas se clasifican en aminas primarias, secundarias o terciarias según el número de grupos que se unen al nitrógeno. Las aminas son sustancias moderadamente polares, sus puntos de ebullición son mayores que los de los alcanos, pero generalmente inferiores a los de los alcoholes. Las moléculas de aminas primarias y secundarias pueden formar fuertes enlaces de hidrógeno entre ellas y moléculas de agua. Las moléculas de aminas terciarias no pueden formar puentes de hidrógeno. Como resultado, las aminas terciarias generalmente hierven a menor temperatura que las primarias y secundarias de peso molecular comparable, pero todas las aminas de peso molecular bajo son muy solubles en agua. La ftalimida son cristales blancos, con un punto de fusión de 234-235 °C, insolubles en agua fría, poco solubles en agua hirviendo y más solubles en alcohol caliente.

Parte experimental Material Matraz de reacción Equipo de reflujo Embudo Buchner Matraz Kitasato

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Reactivos 8.0 gr de Anhídrido ftálico 8.0 ml de Amoniaco al 28 % 75.0 ml de agua destilada 6.7 ml de Cloroformo

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Desarrollo experimental En un matraz se introducen 8.0 gr de anhídrido ftálico y 8.0 ml de amoniaco al 28 %. Se coloca el refrigerante y se calienta directamente a la llama con precaución hasta alcanzar 300 ° y se obtenga una masa que funda lentamente durante 60 min. Durante el calentamiento se agita muy bien la solución y concluido este tiempo dejar enfriar el matraz. El producto formado que se adhiere al refrigerante se recolecta en el mismo matraz empleando una varilla de vidrio. Una vez frío el matraz, se recristaliza el producto con 75 ml de agua destilada fría. Los cristales se dejan secar y se pesan para calcular el rendimiento de la reacción. Determinar el punto de fusión y entregar el producto para su almacenaje.

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Práctica 5: Obtención de Acetato de etilo Objetivo: Obtener un éster a partir de un ácido carboxílico en medio ácido. Fundamento: Los ésteres son compuestos que se derivan de los ácidos carboxílicos reemplazando el grupo hidroxilo por un grupo –OR. Estos compuestos se emplean ampliamente en operaciones industriales y algunos otros son de suma importancia en sistemas bioquímicos. Los ésteres pueden sintetizarse en el laboratorio por reacción directa entre un ácido carboxílico y un alcohol. Los ácidos carboxílicos y sus derivados sufren reacciones de sustitución nucleofílica al grupo carbonilo, donde el –OH es reemplazado por algún nucleófilo. La sustitución nucleofílica en el grupo carbonilo ocurre en dos etapas: La primera y más importante, consiste en la formación de un intermediario tetraédrico, y la segunda etapa, la cual consiste en la eliminación del grupo saliente. Los ésteres más volátiles tienen olor agradable y característico, por lo que suelen emplearse en la preparación de perfumes y aromatizantes artificiales. En general, son insolubles en agua y son buenos disolventes de numerosos compuestos orgánicos. El acetato de etilo es un líquido incoloro, ligeramente soluble en agua, miscible en etanol, acetona, cloroformo y éter etílico. Tiene un punto de fusión de -84 y un punto de ebullición de 77 °C. Es nocivo para la salud, muy inflamable, produce daños al contacto con la piel, es incompatible con varios plásticos y agentes oxidantes fuertes.

Parte experimental Material Matraz balón de 250 ml Equipo para reflujo Equipo para destilación simple Termómetro Matraz Erlenmeyer Embudo de separación ISBN: 968-5923-03-5

Reactivos 62.5 ml de Alcohol desnaturalizado 47.0 ml de Ácido acético 5.0 ml de H 2SO4 conc. Bicarbonato de sodio Cloruro de calcio Agua destilada 20



Desarrollo experimental Prepare una mezcla en el matraz balón de la siguiente manera: 62.5 ml de alcohol desnaturalizado y 47.0 ml de ácido acético glacial, finalmente adicione cuidadosamente 5.0 ml de ácido sulfúrico concentrado, mezcle dando al matraz un movimiento de vaivén suave. Agregue unas piedras de ebullición a la mezcla de reacción y colóquelo a temperatura de reflujo durante 30 min. Transcurrido éste tiempo suspenda el calentamiento, enfríe y desmonte el quipo de reflujo e instale un equipo de destilación simple. Destile calentando lentamente a una temperatura que no exceda a los 95 °C hasta que en el matraz de destilación quede un pequeño residuo. Mezcle el destilado con 40 ml de agua destilada y 0.5 gr de bicarbonato de sodio o una cantidad suficiente del mismo hasta que la solución de una reacción neutra al papel pH. Coloque toda la mezcla en un embudo de separación y elimine la fase acuosa. Lave una vez más con 20.0 ml de agua destilada con la finalidad de arrastrar el exceso de bicarbonato de sodio e impurezas presentes. Coloque el éster en un matraz Erlenmeyer de 250 ml y agregue 10 gr de cloruro de calcio anhidro, agite vigorosamente y filtre la solución a través de algodón en un embudo de filtración en un matraz de destilación, lave el cloruro de calcio con 5.0 ml de éter y coloque la solución en el mismo matraz. Instale un equipo de destilación y caliente cuidadosamente, recolectando solamente la fracción que destile entre 75-79 °C. Mida el volumen obtenido y calcule el rendimiento obtenido en la reacción. Entregue el producto para su almacenaje.

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Práctica 6: Síntesis de Salicilato de Metilo Objetivo: Realizar una reacción de esterificación catalizada por ácido. Fundamento: Un éster de un ácido carboxílico es un compuesto que contiene un grupo funcional –CO2R donde R puede ser un grupo alquilo o arilo. Puede obtenerse por reacción directa de un ácido carboxílico con un alcohol ya sea catalizada por ácido o por base. Los ésteres también pueden ser obtenidos a partir de la reacción entre un halogenuro de ácido y un alcohol, entre un anhídrido y un alcohol o fenol. La velocidad a la que se esterifica un ácido carboxílico depende principalmente del impedimento estérico en el alcohol y el ácido carboxílico, y en menor medida de la fuerza ácido del ácido carboxílico. En general los salicilatos en dosis tóxicas estimulan el sistema nervioso central directamente, causando un trastorno metabólico con acumulación de ácidos orgánicos. El salicilato de metilo es un éster que se emplea principalmente como agente aromatizante y posee la ventaja de que se absorbe a través de la piel. Una vez absorbido, puede hidrolizarse a ácido salicílico, el cual actúa como analgésico. Este producto puede extraerse de varias plantas medicinales, también puede sintetizarse en el laboratorio. Tiene un olor muy característico, tiene un punto de ebullición de 220 °C, no es soluble en agua, es soluble en cloroformo, éter y etanol. Puede identificarse mediante reacción con cloruro férrico con formación de una coloración violeta.

Parte experimental Material Embudo de separación Probeta de 25 ml Equipo para reflujo Equipo para destilación por arrastre de vapor Matraz Erlenmeyer

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Reactivos 20.0 gr de Ácido salicílico 25.3 ml de Metanol 5.3 ml de H 2SO4 conc.

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Desarrollo experimental Coloque en el matraz de reacción 20 gr de ácido salicílico, 25.3 ml de metanol y adicionar lentamente y con precaución 5.3 ml de H 2SO4 conc. Se coloca el equipo para reflujo y se caliente sobre una tela de asbesto por 2.5 hrs. Concluido el tiempo de reacción se detiene el calentamiento y se deja enfriar el matraz de reacción. Se añaden 50 ml de H 2O y se decanta el sobrenadante dejando una capa densa en el matraz. Dicha capa se somete a destilación por arrastre de vapor, colectando un líquido que forma dos capas. Terminada la destilación de todo el producto se coloca la solución en un embudo de separación, colectando la fase más densa, se seca con cloruro de calcio anhidro y se filtra. Mida el volumen obtenido y calcule el rendimiento de la reacción. Entregue el producto para su almacenaje.

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Práctica 7: Obtención de Ácido acetilsalicílico (Aspirina) Objetivo: Evaluar la química de los fenoles al realizar una reacción de esterificación en medio ácido y alcalino.

Fundamento: El nombre de aspirina deriva de su estructura, ácido acetilsalicílico. Antiguamente el ácido salicílico se conocía como ácido spiraeico (de la Sp ira c a ulma ria ) y por tanto la aspirina era el ácido acetilespiraneíco, de donde derivó su nombre. Tiene un peso molecular de 180.16 g/mol. Su fórmula es C 9H8O4. Es interesante observar que aunque las estructuras de la aspirina (ácido acetilsalicílico) y de la esencia de gaulteria (salicilato de metilo) son muy similares, (figura 1), la primera es un analgésico mientras que la segunda se emplea principalmente como agente aromatizante. No obstante, la esencia de gaulteria forma parte de muchos ungüentos, ya que se absorbe através de la piel. Una vez absorbida, el salicilato de metilo puede hidrolizarse a ácido salicílico, el cual actúa como analgésico, aunque sea de forma localizada.

Figura 1. Estructura del Ácido acetal salicílico y salicilato de metilo

La síntesis industrial de la aspirina puede iniciarse en distintos puntos. En la preparación descrita en esta práctica se acetila el ácido salicílico con anhídrido acético en presencia de ácido sulfúrico, piridina o acetato de sodio respectivamente. La síntesis del ácido salicílico se lleva a cabo mediante la reacción de Kolbe. ISBN: 968-5923-03-5

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Parte experimental Técnica I Material Tubo de ensaye Termómetro Baño María Embudo Buhner Papel filtro Matraz Erlenmeyer de 100 ml Gradilla Pinzas para tubo de ensaye Tripie Tela de asbesto Mechero Bunsen

Reactivos 3.0 gr de Ácido salicílico 6.0 ml de Anhídrido acético 0.2 gr de Acetato de sodio anhidro 0.5 ml de H 2SO4 conc. 0.5 ml de Piridina

Desarrollo experimental Coloque 1.0 gr de ácido salicílico en cada uno de los tubos de ensaye, añada a cada uno 2.0 ml de anhídrido acético. Al primer tubo adiciónele 0.2 gr de acetato de sodio anhidro, anote la hora y agite con un termómetro, registre el tiempo transcurrido hasta que la temperatura de la mezcla de reacción aumente 4 °C y determine aproximadamente la cantidad de sólido que se ha disuelto; continúe agitando ocasionalmente con una varilla de vidrio mientras inicia la siguiente reacción de acetilación. Limpie el termómetro y colóquelo dentro del segundo tubo, añada cuidadosamente 0.5 ml de piridina, observe de nueva cuenta cuánto tiempo transcurre hasta que aumente en 4 °C la temperatura de la reacción, anote también la cantidad aproximada de sólido remante en el tubo. Finalmente al tercer tubo agregue 0.5 ml de H 2SO4 conc. agite con el termómetro limpio y anote de nueva cuenta el tiempo transcurrido como en los casos anteriores. Tabule los datos y ordene los catalizadores de acuerdo a la reactividad que presentan. A continuación caliente los tres tubos en un baño María a una temperatura de 60 °C, por un lapso de tiempo de 5 a 10 min. Con la finalidad de disolver el sólido restante y completar la reacción. Enfriar a temperatura ambiente y verter todas las solucioISBN: 968-5923-03-5

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nes en un matraz Erlenmeyer de 100 ml que contenga 35 ml de agua destilada fría y lave cuidadosamente los tubos con 5 ml de H2O cada uno. Agite la solución con una varilla de vidrio para acelerar la hidrólisis y enfríe en un baño de hielo. Filtre la solución en un embudo Buchner empleando papel filtro, lavando tres veces con 2 ml de agua cada una. Seque el sólido obtenido, realice una reacción de identificación y calcule el rendimiento de la reacción. Entregue el producto para su almacenaje. P r u e b a d e i d e n t i f i c a c i ó n : En un tubo de ensaye coloque 0.1 gr del ácido acetilsalicílico obtenido, agregue 3.0 ml de agua y 0.5 ml de una solución de FeCl 3 al 5%, agite y anote sus observaciones. En otro tubo de ensaye coloque 0.1 gr de una muestra comercial que contenga ácido acetilsalicílico, agregue 3.0 ml de agua y 0.5 ml de una solución de FeCl 3 al 5%, agite, anote sus observaciones y compare el resultado con la prueba anterior.

Técnica II Material Tubo de ensaye Termómetro Baño María Embudo Buhner Papel filtro Matraz Erlenmeyer de 100 ml Gradilla Pinzas para tubo de ensaye Tripié Tela de asbesto Mechero Bunsen

Reactivos 0.5 gr de Ácido salicílico 1.0 ml de Anhídrido acético 5.0 ml de Etanol 5.0 ml de NaOH al 10% 1.0 ml de H 2SO4 conc. 1.0 ml de FeCl 3 al 5% 5.0 ml de Metanol Yodo cristales 10.0 ml de Acetato de etilo Placas de sílica gel 1 Mejoral (producto comercial)

Desarrollo experimental En un tubo de ensaye grande, colocar 0.5 gr de ácido salicílico, añadir 1.0 ml de anhídrido acético y 0.5 ml de ácido sulfúrico concentrado. Agite durante 5 min. con una varilla de vidrio hasta obtener una mezcla homogénea, caliente en un baño María durante 10 min. a una temperatura entre 50-60 °C agitando constantemente hasta la formación de una masa sólida. ISBN: 968-5923-03-5

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Retire el tubo del baño María y déjelo enfriar a temperatura ambiente, colóquelo en un baño de hielo y agregue a la mezcla de reacción 20.0 ml de agua fría y agite durante 5.0 min. Separe por filtración al vacío el producto obtenido y recristalícelo en una mezcla de etanol-agua. Calcule el rendimiento del sólido obtenido, realice una reacción de identificación de la misma forma como se explicó anteriormente y compárelo con el producto comercial. Entregue el producto para su almacenaje. Extrac c ión d e á c id o a c etilsalic ílic o d e un p rod uc to c om erc ia l : Pulverice una tableta de un producto farmacéutico que contenga ácido acetilsalicílico y disuelva el polvo obtenido en 5 ml de etanol ligeramente caliente, agite la solución. Filtre el sólido remanente, con la solución resultante realice una cromatografía en capa fina incluyendo en la misma una muestra del producto obtenido a partir de la reacción, emplee como disolvente de elución acetato de etilo. Una vez terminada la cromatografía revele las manchas con yodo metálico, obtenga el R f de ambas muestras y compare los resultados.

Técnica III Material Tubo de ensaye Embudo Buhner Papel filtro Gradilla Pinzas para tubo de ensayo

Reactivos 0.1 gr de Ácido salicílico 0.4 ml de Anhídrido acético 0.1 ml de H 2SO4 conc.

Desarrollo experimental En un tubo de ensaye coloque 0.1 gr de ácido salicílico, 0.4 ml de anhídrido acético y 0.1 ml de ácido sulfúrico concentrado. Agite la mezcla de reacción durante 5 min. o hasta que aparezca un sólido blanco. Agregue 10.0 ml de agua fría, agite y deje reposar por 5 minutos. Transcurrido este tiempo, filtre al vacío el sólido obtenido, determine el punto de fusión, calcule el rendimiento y realice una cromatografía en capa fina, así como una prueba de identificación. Entregue el producto para su almacenaje. ISBN: 968-5923-03-5

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Práctica 8: Obtención de Fenolftaleína Objetivo: Obtener fenolftaleína mediante una reacción de sustitución electrofílica al aromático a partir de anhídrido ftálico y fenol.

Fundamento: La sustitución aromática puede llevarse de tras maneras: a través de electrófilos, nucleófilos o por radicales libres. Las reacciones más características del benceno son las de sustitución electrofílica. La sustitución electrofílica al aromático se produce cuando el orbital HOMO del benceno transfiere electrones al orbital LUMO del electrófilo, para dar un intermedio no aromático cargado positivamente. El átomo de carbono del benceno sufre un cambio en su hibridación de sp 2 en su estado inicial a sp 3 en el intermedio. Este intermediario posee una mayor energía que los reactivos y productos final, pero tiene la capacidad de estabilizar la carga positiva formada por deslocalización de electrones entre las posiciones orto y para al lugar de ataque. Finalmente, la pérdida de un protón regenera el anillo aromático, obteniendo el producto de sustitución (figura 2).

Figura 2. Diagrama de sustitución nucleofílica al aromático (S NA).

La fenolftaleína es uno de los indicadores ácido-base más utilizados a nivel de laboratorio e industrial. Es obtenida por la reacción entre el fenol y anhídrido ftálico en presencia de ácido sulfúrico y está estructuralmente relacionada con los colorantes de trifenilmetano. ISBN: 968-5923-03-5

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Los indicadores ácido-base son usados para determinar el punto final de la titulación de manera visual mediante cambios de color. Los indicadores empleados en estas titulaciones son ácidos o bases orgánicas débiles. La fenolftaleína (C20H14O4) tiene un punto de fusión de 260 ºC, tiene apariencia de cristales blanco. La forma incolora de la fenolftaleína se puede considerar como la lactona de su estructura. El cambio de color de este indicador se encuentra en un rango de pH alcalino, siendo incolora por debajo de 8.2 y violeta rojizo a un pH de 10 (figura 3).

Fenolftaleina Zona de viraje

8.2 incoloro

pH

10 violeta rojizo

Figura 3

Parte experimental Técnica I Material Tubo de ensaye Baño María Vasos de precipitados Mechero Embudo Buchner Papel filtro Matraz Kitasato

Reactivos 0.5 gr de Fenol 0.5 gr de Anhídrido ftálico 0.5 ml de H 2SO4 conc. NaOH al 10% H2SO4 al 10 %

Desarrollo experimental En un tubo de ensaye grande colocar 0.5 gr de fenol cristalino y 0.5 gr de anhídrido ftálico. Con precaución adicione 0.5 ml de ácido sulfúrico concentrado y agite suavemente el tubo. Empleando unas pinzas para tubo, caliente suavemente hasta que ya ISBN: 968-5923-03-5

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no observe cambio de coloración. Enfríe la solución y agregar 25.0 ml de agua destilada cuidadosamente y vierta la mezcla en un vaso de precipitados. Agite con una varilla de vidrio y filtre el sólido formado a través de un embudo Buchner sobre papel filtro, anote el color de la solución filtrada y agregue gota a gota una solución de hidróxido de sodio al 10% hasta observar un cambio de color, anote el color de la solución. Agregue a continuación ácido sulfúrico al 10% hasta observar nuevamente un cambio en la coloración, anote sus observaciones.

Técnica II Material Matraz Erlenmeyer Baño María Vasos de precipitado Mechero Embudo Buchner Papel filtro Matraz Kitasato Embudo de separación

Reactivos 1.0 gr de Fenol 1.2 gr de Anhídrido ftálico 1.0 ml de H 2SO4 conc. 12.0 ml de NaOH al 20% 2.0 ml de NaOH al 5% 1.0 ml de Etanol HCl (1:1) 5.0 ml de HCl conc.

Desarrollo experimental En un matraz Erlenmeyer coloque 1.0 gr de fenol, 1.0 gr de anhídrido ftálico y 0.5 ml de ácido sulfúrico concentrado. Caliente la mezcla en un baño María con una temperatura inicial de 60 °C y aumente gradualmente la temperatura sin exceder los 85 °C, agite hasta que el sólido se funda. Deje enfriar el matraz y adicione 12.0 ml de una solución de hidróxido de sodio al 20 %, agite la solución y viértala en un embudo de separación. Lave con tres porciones de 10 ml cada una de éter etílico y coloque la fase acuosa en un vaso de precipitados. Enfríe la solución en un baño de hielo y acidule añadiendo 5.0 ml de ácido clorhídrico concentrado, el cual debe adicionarse gota a gota con agitación del matraz obteniendo un precipitado. Recolecte el sólido por filtración lavando cuidadosamente con éter etílico, recristalice la fenolftaleína con etanol, filtre y deje secar. Realice una prueISBN: 968-5923-03-5

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ba de identificación de la fenolftaleína como se muestra a continuación y calcule el rendimiento de la reacción. Entregue el producto para su almacenaje. Reacción de identificación: Disuelva unos cristales en 1.0 ml de etanol y agregue 1.0 ml de agua. Adicione gota a gota una solución de hidróxido de sodio al 5% hasta observar un cambio en la coloración, a continuación acidule con una solución de HCl (1:1) usando papel indicador para controlar el pH hasta observar algún cambio. Anote todas sus observaciones.

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Práctica 9: Preparación de


m - Dinitrobenceno

Objetivo: Obtener m- dinitrobenceno mediante una reacción de sustitución electrofílica al aromático y evaluar el efecto de la orientación en la sustitución en anillos aromáticos monosustituidos.

Fundamento: La nitración en el anillo bencénico consiste en la introducción de un grupo nitro (-NO2), que generalmente sustituye a un hidrógeno o a otros grupos tales como –SO3H, -OMe, -COMe a través de una sustitución electrofílica al anillo aromático (S EAr). La sustitución electrofílica al aromático se produce cuando el orbital HOMO del benceno transfiere electrones al orbital LUMO del electrófilo, para dar un intermedio no aromático cargado positivamente. El átomo de carbono del benceno sufre un cambio en su hibridación de sp 2 en su estado inicial a sp 3 en el intermedio. Este intermediario posee una mayor energía que los reactivos y productos final, pero tiene la capacidad de estabilizar la carga positiva formada por deslocalización de electrones entre las posiciones orto y para al lugar de ataque. Finalmente, la pérdida de un protón regenera el anillo aromático, obteniendo el producto de sustitución. El diagrama de energía de la reacción es el que se muestra en la figura 4. El ácido nítrico concentrado en presencia de ácido sulfúrico concentrado es el medio de reacción para la obtención de nitrobenceno. La introducción de un segundo grupo nitro en una molécula de nitrobenceno es una reacción más lenta de efectuar, dada la naturaleza desactivante del grupo nitro en el anillo de benceno. La orientación en la sustitución aromática es normalmente consecuencia del control cinético en la formación de los productos y guarda sólo una relación limitada en las actividades termodinámicas de los productos.

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Figura 4: Diagrama de energía de la reacción de S EAr.

El m -dinitrobenceno es una sustancia sintética usada en la fabricación de explosivos. Es un sólido amarillo en forma de cristales a temperatura ambiente. Tiene un peso molecular de 168.1 g/ mol, un punto de ebullición de 300-303 °C y un punto de fusión es de 90 °C. La densidad relativa (agua) es igual a 1.6 g/ml y su solubilidad en agua es escasa. Puede estallar por calentamiento intenso bajo confinamiento. Por combustión, forma gases y humos tóxicos, reacciona violentamente con oxidantes fuertes, bases fuertes y metales reductores (Sn, Zn), originando riesgo de incendio y explosión.

Parte experimental Material Matraz Erlenmeyer de 250 ml Termómetro Baño María Embudo Buchner Papel filtro Tripié Tela de asbesto Mechero Bunsen

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Reactivos 5.0 ml de H 2SO4 conc. 5.0 ml de HNO3 1.0 ml de Nitrobenceno

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Desarrollo experimental En un matraz Erlenmeyer de 250 ml de prepara una mezcla nitrante a partir de 5.0 ml de ácido sulfúrico concentrado, 5.0 ml de ácido nítrico y sobre ésta se añade 1.0 ml de nitrobenceno cuidadosamente. Al efectuar la adición se produce un aumento de la temperatura del matraz de reacción. Caliente la solución con suma precaución en un baño María hasta que observe un abundante desprendimiento de óxido de nitroso. El calentamiento se continúa por 2 ó 3 minutos sin que la solución llegue al punto de ebullición, concluido este tiempo el matraz se deja enfriar y se vierte sobre 75.0 ml de agua fría con unos trozos de hielo. El sólido formado se filtra a través de un embudo Buchner y se recristaliza en etanol caliente, se filtran de nueva cuenta, se dejan secar. Pese el sólido para calcular el rendimiento de la reacción, tomar el punto de fusión y entregar el sólido para su almacenaje.

Nota: Es importante en esta práctica mantener la ventilación del laboratorio en forma eficiente, ya que los vapores desprendidos durante la reacción son muy irritantes.

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Práctica 10: Obtención de Ácido pícrico Objetivo: Evaluar la influencia de los grupos sustituyentes en el anillo aromático al llevar a cabo una reacción de sustitución electrofílica al aromático (S EAr), y visualizar su aplicación como colorante textil.

Fundamento: En las prácticas 8 y 9 se describieron brevemente los conceptos más importantes relacionados con la sustitución electrofílica al aromático. A continuación se describirán los efectos de los grupos sustituyentes en el benceno al llevar a cabo la introducción de uno o más grupos a la molécula. Cuando deseamos hacer una reacción de S EAr sobre un compuesto aromático ya sustituido surgen dos interrogantes importantes: 1) ¿La presencia del sustituyente en el anillo de benceno va a facilitar o dificultar la reacción subsecuente? y 2) ¿El sustituyente va a condicionar la posición del grupo entrante en el anillo aromático? Para la primera interrogante, se pueden distinguir dos tipos de grupos en cuanto a la velocidad de reacción relativa frente al benceno: a) Aquellos grupos que disminuyen la velocidad, los cuales son grupos electronegativos (desactivantes) que atraen hacia sí la densidad electrónica del anillo de benceno y provocan que el ataque electrofílico se dificulte. b) Aquellos grupos que incrementan la velocidad de reacción, los cuales son grupos que contribuyen con densidad electrónica al anillo de benceno (activantes) y facilitan el ataque electrófilo. Pero la naturaleza de estos grupos sí condiciona la posición relativa del electrófilo entrante encontrando que: a) Los grupos desactivantes (-NO2, -CO2R, -COR) son generalmente orientadores meta en el anillo aromático. b) Los grupos activantes (OH, -R, -NH2, -OR) son orientadores – orto y –para . En este sentido los halógenos, aunque son grupos considerados como desactivantes (Cl, Br, I) son orientadores – orto y –para . ISBN: 968-5923-03-5

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El ácido pícrico o 2,4,6-trinitrofenol puede ser preparado por reacción de una mezcla sulfonítrica con fenol. El ácido pícrico es un sólido cristalino amarillo pálido, con un punto de fusión de 122 °C, es poco soluble en agua y posee un sabor amargo. Es un ácido relativamente fuerte que ataca a los metales formando picratos metálicos muy inestables y explosivos.

Parte experimental Material Matraz Erlenmeyer de 150 ml Probeta graduada Baño María Embudo Buchner Papel filtro Tripié Tela de asbesto Mechero Bunsen Baño de hielo Vasos de precipitados

Reactivos 1.0 gr de Fenol 16.0 ml de H 2SO4 conc. 8.0 ml de HNO 3 Agua destilada

Desarrollo experimental Prep a ra c ión d el ác id o feno lsulfónico : Coloque 1.0 gr de fenol en un matraz Erlenmeyer

de 125 ml y enfríelo en un baño de hielo. Agregue muy lenta y cuidadosamente 8.0 ml de ácido sulfúrico concentrado, y dejar que el matraz adquiera la temperatura ambiente y agitar durante 5 min. Posteriormente caliente el matraz en un baño María durante otros 5 min. y deje enfriar a temperatura ambiente. Prep a ra c ión d el rea c tivo sulfonítric o : En un vaso de precipitados de 50 ml, prepare

una mezcla de 8.0 ml de ácido nítrico y 8.0 ml de ácido sulfúrico concentrando agregando de forma lenta y cuidadosa el segundo sobre el primero, y coloque el vaso en un baño de hielo. Nitra c ión d el ác id o fe nolsulfónico : Colocar el matraz Erlenmeyer con la

mezcla de

ácido fenolsulfónico en un baño de hielo-agua y añadir gota a gota y con agitación la ISBN: 968-5923-03-5

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mezcla sulfonítrica, terminada la adición calentar la mezcla durante 5 min. en un baño María, es importante cuidar la temperatura dado que se emiten una gran cantidad de vapores, así el calentamiento se hace entre 40-45 °C. Terminado el tiempo de calentamiento, deje enfriar y vierta la solución sobre 70.0 ml de agua destilada fría contenidos en un vaso de precipitados y agite con una varilla de vidrio. Filtre el sólido en un embudo Buchner y lavar con 10.0 ml de agua helada. En caso de ser necesario se puede recristalizar el producto en etanol-agua. Deje secar el producto, tome el punto de fusión, calcule el rendimiento de la reacción y entregue el producto para su almacenaje. Teñ id o d e fibra s na turales : Disuelva 0.1 gr de ácido pícrico obtenido en 50.0 ml

de

agua destilada caliente y agregue una gota de ácido sulfúrico concentrado e introduzca en ésta solución la fibra a teñir (trozo de tela de algodón, lana, seda, poliéster, etc.) y lleve a ebullición por un lapso de 4 min. Retire la fibra con unas pinzas y lávela con abundante agua y deje secar.

Nota: Es importante que maneje con cuidado el ácido pícrico para evitar manchar su ropa y manos.

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Práctica 11: Obtención de Fenol Objetivo: Obtener fenol mediante una reacción de sustitución nucleofílica al aromático, a partir de una sal de arendiazonio obtenida de anilina.

Fundamento: Los fenoles y sus derivados correspondientes se encuentran ampliamente distribuidos en la naturaleza. El fenol es un producto químico industrial muy importante; sirve como materia prima para una gran cantidad de productos comerciales que van desde la aspirina hasta un sinnúmero de plásticos. La síntesis de laboratorio más importante es por hidrólisis de las sales de arendiazonio. Estas sales se forman por reacción de arilaminas primarias con ácido nitroso, resultando en sales inestables, que no se descomponen con una rapidez detectable cuando la temperatura de la mezcla de reacción se mantiene por debajo de 5 °C. A este proceso para generar una sal de diazonio se le denomina diazotación. Las sales de diazonio son intermediarios muy útiles en la síntesis de compuestos aromáticos, porque el grupo diazonio puede reemplazarse con un gran número de átomos o grupos diversos entre los que se incluyen al –F, -Cl, -Br, -I, -OH e –H. La mayoría de las sales de arildiazonio son inestables a temperaturas mayores de 5-10 °C, y muchas explotan cuando se secan. Afortunadamente una gran parte de las reacciones de sustitución de las sales de diazonio no requieren su aislamiento, basta adicionar otro reactivo a la mezcla, calentar suavemente la solución y el reemplazo tiene lugar, así el grupo diazonio se reemplaza con un grupo hidroxilo con la simple acidificación de la mezcla acuosa y su calentamiento. El ácido sulfúrico es un ácido útil en la reacción de diazotación, ya que el HSO 4- compite poco con el agua en el segundo paso de la secuencia.

Parte experimental Material Matraz Erlenmeyer de 500 ml ISBN: 968-5923-03-5

Reactivos 15.0 ml de H 2SO4 38


Probeta graduada Baño María Embudo de separación Equipo de destilación Baño de hielo Mechero


13.7 ml de Anilina 11.0 gr de NaNO2 10.0 gr de NaCl 30.0 ml de CCl 4 10.0 ml de HCl MgSO4 anhidro

Desarrollo experimental Prep a ra c ión d e fenol : En un matraz enfriado en un

baño de hielo, se colocan 150.0 ml

de agua destilada y 15.0 ml de ácido sulfúrico concentrado. A continuación agitando fuertemente el matraz adicione 13.7 ml de anilina en pequeñas porciones para que el precipitado que se forma tenga un aspecto fino. La solución se enfría en un baño de hielo-sal y se coloca hielo picado en el matraz de reacción para enfriar la solución a una temperatura interior inferior a 10 °C. En seguida para llevar a cabo la reacción de diazotación de la anilina se añade gota a gota una solución de 11.0 gr de NaNO 2 en 50.0 ml de agua destilada. El matraz debe agitarse perfectamente bien durante la adición que requerirá más o menos 10 min., la solución se deja reposar durante 10 min. para que la reacción se complete y posteriormente el matraz se caliente en un baño María a una temperatura interna de la solución entre 45-50 °C . Alcanzada esta temperatura se retira del calentamiento, ya que la hidrólisis exotérmica de la sal de diazonio elevará la temperatura del líquido durante los siguientes 10 min. a una temperatura de 70 °C. Durante este periodo de tiempo hay que agitar suavemente el matraz, para facilitar el desprendimiento adecuado y continuo de nitrógeno. Una vez que la evolución de nitrógeno haya concluido, se adicionan unas piedras de ebullición y se destila el contenido recolectando tres fracciones: 1) A una temperatura de 100 °C, 2) Entre 100-170 °C, y 3) Entre 170-182 °C. ISBN: 968-5923-03-5

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Esta última contiene la mayor cantidad de fenol, la redestilación de la segunda fracción suministra un poco más de fenol para aumentar el rendimiento de la reacción. Extra c c ión d e feno l : Al destilado fenólico se le añaden 10

gr de NaCl hasta que se

disuelva. Colocar la solución en un embudo de separación y separar directamente la mayor porción de la capa fenólica. La solución acuosa se coloca de nueva cuenta en el embudo y se extrae el fenol remanente mediante la adición de 15.0 ml de CCl 4. Si se forma una emulsión al realizar la extracción, ésta puede romperse al adicionar 10.0 ml de HCl concentrado, y la capa de CCl 4 se formará rápidamente conteniendo el fenol. Se realiza una siguiente extracción con otros 10.0 ml de CCl 4. Los extractos orgánicos se juntan y se secan por adición de sulfato de magnesio anhidro. Filtre, retire el disolvente por destilación o mediante un rotavapor. El producto debe solidificar al introducirlo en un baño de hielo. Pese el producto, calcule el rendimiento y entregue el producto para su almacenaje.

Nota: Es importante trabajar con suma precaución, y de preferencia en la campana de extracción, manteniendo las condiciones de temperatura de reacción. Recuerde que hay que trabajar con guantes ya que el fenol puede causar quemaduras.

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Práctica 12: Obtención de Yodobenceno Objetivo : Obtener yodobenceno a partir de una sal de arendiazonio obtenida de anilina. Fundamento: Las aminas aromáticas primarias reaccionan con ácido nitroso entre 0-5 °C para producir una sal de diazonio que es soluble en el medio acuoso de la reacción. La elevada reactividad de las sales de diazonio se debe a la excelente capacidad del grupo –N2+ para salir de la molécula y escapar como nitrógeno gaseoso. Debido a esta capacidad de salida, el grupo diazonio puede ser desplazado por diversos nucleófilos tales como el ión yoduro (-I -). En estas reacciones de desplazamiento la sal de diazonio no se aísla para su purificación, simplemente se añade el reactivo nucleofílico y se calienta cuidadosamente la mezcla obteniendo el producto de sustitución con rendimientos que van del 70-95 % a partir de la arilamina. Así el yodobenceno se obtiene por reacción de la sal de arildiazonio con yoduro de potasio. Siendo un líquido espeso e incoloro, que al estar expuesto al aire adquiere un aspecto amarillento. Posee un punto de ebullición de 190 °C, es insoluble en agua, su purificación se lleva a cabo mediante destilación por arrastra de vapor y es soluble en disolventes orgánicos.

Parte experimental Material Equipo de destilación Embudo de separación Baño María Baño de hielo Termómetro Matraz Erlenmeyer de 250 ml Mechero

ISBN: 968-5923-03-5

Reactivos 5.0 ml de Anilina 14.0 ml de HCl conc. 4.0 gr de NaNO2 9.0 gr de KI 5.0 gr de CaCl2 Almidón NaHSO3 Solución de NaOH al 10 %

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Desarrollo experimental En un matraz Erlenmeyer de 250 ml enfriado en un baño de hielo-sal, coloque 14.0 ml de agua destilada, adicione lentamente y con agitación 14.0 ml de HCl concentrado y finalmente con agitación eficiente 5.0 ml de anilina. La temperatura de la mezcla de reacción debe ser de 5 °C. En otro matraz disuelva 4.0 gr de NaNO 2 en 20.0 ml de agua destilada y adiciónela lentamente a la mezcla anterior a una temperatura de 5 °C agitando suavemente. Terminada la adición agite durante 5 minutos más. Realice una prueba para corroborar que la diazotación se haya concluido. Coloque una gota de la solución diluida en 0.5 ml de agua destilada y adiciónela a una mezcla almidón-KI, si no aparece coloración inmediatamente hay que añadir 1.0 ml más de la solución de NaNO 2 hasta tener un ligero exceso de este reactivo. Una vez que la diazotación se ha completado, adicione lentamente 9.0 gr de KI disueltos en 10.0 ml de agua destilada y agite (ocurrirá desprendimiento de nitrógeno). Deje reposar la mezcla durante 30 minutos y adapte un refrigerante y caliente cuidadosamente hasta terminar el desprendimiento de nitrógeno, dejar enfriar y decantar la capa superior. Alcalinice el residuo obtenido con una solución de NaOH al 10% (usar papel pH para determinar su valor). Transfiera la mezcla inmediatamente a un matraz de destilación para llevar a cabo una purificación por arrastre de vapor. El destilado obtenido se coloca en un embudo de separación para obtener la fase inferior, si el líquido tiene un aspecto oscuro adicionar un poco de NaHSO 3, filtrar y destilar de nueva cuenta el filtrado recolectando la fracción que destila entre 187-189 °C.

Nota: Es necesario mantener el control de la temperatura de reacción debido a la alta reactividad de estas sales, por lo que se sugiere que la reacción se realice bajo todas las medidas de seguridad y de preferencia con la campana de extracción en operación.

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Práctica 13: Obtención de Furfural Objetivo: Obtener furfural a partir de fuentes naturales como salvado de trigo, cáscaras de cacahuate u olotes de maíz molido.

Fundamento: El grupo de compuestos que se conocen como carbohidratos deben su nombre general al hecho de que con frecuencia poseen la fórmula C x(H2O)y. Los carbohidratos simples se conocen como azúcares o sacáridos (del latín saccharum , azúcar). Los carbohidratos se definen como polihidroxi aldehídos y cetonas o sustancias que se hidrolizan para dar polihidroxi alhedídos y cetonas. Los carbohidratos más simples no pueden hidrolizarse para dar carbohidratos más sencillos, éstos se denominan monosacáridos. Los carbohidratos cuya hidrólisis genera un número de moléculas de monosacárido mayor a 10 unidades se conocen como polisacáridos. Los carbohidratos son los constituyentes orgánicos más abundantes de las plantas. Sirven como una fuente de energía química para los organismos vivos, pero también en algunas las plantas y animales son integrantes importantes de los tejidos de soporte (ésta es la función principal de la celulosa que se encuentra en la madera, el algodón, el lino, etc.). Los monosacáridos se clasifican de acuerdo con 1) El número de átomos de carbono presentes en la molécula y, 2) El hecho de que se cuente con un grupo aldehído o un grupo ceto. Así las pentosas son azúcares que poseen 5 átomos de carbono entre los ejemplos encontramos la arabonisa, xilosa entre otras. Las pentosas fácilmente se deshidratan en presencia de ácidos formando un aldehído heterocíclico conocido con el nombre de furfural o furaldehído. Estas pentosas son los componentes principales del salvado de trigo o avena, cáscaras de cacahuate, goma de mezquite, goma arábiga u olotes de maíz. El furfural es un líquido entre incoloro-amarillo, de olor característico, posee un punto de ebullición de 162 °C, soluble en agua y se emplea como disolvente en la purificación de algunos aceites y petróleo, es un intermediario importante en la preparación de resinas de tipo fenólico y furánico. El furfural también se emplea en la obtención de ISBN: 968-5923-03-5

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plásticos, fungicidas, germicidas. Tiene la particularidad de virar al rojo-marrón por exposición al aire y a la luz. Cuando se mezcla furfural con acetato de anilina se forma un colorante rojo, ésta reacción sirve como prueba de identificación para mostrar su formación.

Parte experimental Material Equipo de destilación Termómetro Matraz Erlenmeyer de 250 ml

Reactivos 10.0 gr de salvado de trigo, avena, olotes de maíz molido 7.0 ml de H 2O destilada 5.0 ml de H 2SO4 conc.

Desarrollo experimental En un matraz de 100 ml para destilación, colocar 10.0 gr de salvado de trigo o avena, cáscaras de cacahuate, goma arábiga u olotes de maíz finamente molido, añadir 7.0 ml de agua destilada y enfriar la mezcla de reacción en un baño de hielo. Añadir con precaución 5.0 ml de ácido sulfúrico concentrado. La mezcla se calienta y destila hasta un tercio de volumen. El destilado contiene furfural, en un tubo de ensaye haga reaccionar 1.0 ml del destilado con 0.5 ml de anilina y una gota de ácido clorhídrico o acético. Observe lo que ocurra. Filtre el sólido, determine el punto de fusión, calcule el rendimiento y entregue el producto para su almacenamiento.

ISBN: 968-5923-03-5

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Manual de practicas de Laboratorio de Quimica III.pdf

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