Manual de Laboratorio Quimica Orgánica II

ING. J. TRINIDAD OJEDA SUÁREZ

MANUAL DE LABORATORIO DE

QUÍMICA ORGÁNICA II

CH 3 O HO

N H 2

CH 3O H

C l

C lC l

H

N HO

I T E S I DEPARTAMENTO

DE INGENIERÍA BIOQUÍMICA

2 JUSTIFICACIÓN

El manual de laboratorio de Química Orgánica II para Ingeniería Bioquímica está diseñado para complementar la formación del estudiante para un desempeño adecuado en el laboratorio, aplicando los conocimientos adquiridos en la síntesis de compuestos orgánicos, haciendo una observación a todos los aspectos que ello relaciona como: productos, rendimiento, calidad, contaminación, manejo de residuos y subproductos, toxicología e impacto ambiental.

3 OBJETIVOS:

Se pretende que el alumno:

• Adquiera habilidades necesarias para montar los equipos necesarios para la síntesis de los principales compuestos orgánicos estudiados en el curso de Química Orgánica II.

• Sea capaz de separar, clasificar e identificar el producto principal de un

experimento, utilizando las técnicas de purificación adecuadas.

• Identifique los mecanismos de reacción más probables de las diferentes reacciones de la Química Orgánica de los grupos funcionales.

• Se percate de las principales características físicas y químicas de los compuestos orgánicos sintetizados o analizados en laboratorio, que realice un estudio especial de los desechos, subproductos, su toxicidad e impacto ambiental.

4 INDICE INTRODUCCIÓN ...................................................................................................................... REGLAMENTO ..................................................................................................................... MEDIDAS DE SEGURIDAD ................................................................................................. PRÁCTICA No 1 ALQUENOS ............................................................................................... PRÁCTICA No 2 CARACTERÍSTICAS Y OBTENCIÓN ALQUINOS ................................ PRÁCTICA No 3 SUSTITUCIÓN ELECTROFÍLICA AROMÁTICA .................................. PRÁCTICA No 4 BROMACIÓN DE FENOL ....................................................................... PRÁCTICA No 5 OBTENCIÓN DE UN COMPUESTO HETEROARÓMATICO............... PRÁCTICA No 6 OBTENCIÓN DE UN COLORANTE SINTÉTICO ................................. PRÁCTICA No 7 IDENTIFICACIÓN DE ALCOHOLES Y FENOLES .............................. PRÁCTICA No 8 IDENTIFICACIÓN DE ALDEHÍDOS Y CETONAS ............................... PRÁCTICA No 9 OBTENCIÓN DE UN ALDEHÍDO ( BUTIRALDEHÍDO )...................... PRÁCTICA No 10 OBTENCIÓN DE UNA CETONA ( CICLOHEXANONA ) .................. PRÁCTICA No 11 ESTERIFICACIÓN DE FISCHER ........................................................... PRÁCTICA No 12 OBTENCIÓN DEL ÁCIDO BENZOICO ............................................... BIBLIOGRAFÍA ......................................................................................................................

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5 6 7 9

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68

5 INTRODUCCIÓN Antes de empezar cualquier experimento deberá analizar los siguientes puntos:

1. Revisar los antecedentes teóricos y los probables mecanismos del experimento, así como los

riesgos de seguridad. 2. Leer cuidadosamente la práctica antes de ir al laboratorio, planeando racionalmente el

desarrollo de la misma ( puede dibujar un diagrama de flujo de las actividades generales) y reflexionando sobre cuestiones como:

a) ¿Existe relación entre las condiciones de la reacción y el probable mecanismo? b) ¿Las cantidades de reactivos son estequiométricas? c) ¿Qué medidas de seguridad debo tomar al manejar los reactivos?, ¿Cómo debo eliminar los

residuos? d) ¿Cuáles es el propósito de cada paso del experimento? e) ¿Cómo se puede saber si una reacción se ha completado? f) ¿Cómo se separan los productos secundarios?, ¿Se pueden volver a utilizar? g) ¿Se ha purificado o identificado adecuadamente el producto? h) ¿El método usado en la práctica es general o específico para obtener determinado producto? 3. Al comenzar con el experimento debe identificar los reactivos, su toxicidad y precauciones de

manejo. Revisar el material, que este limpio y seco, no dañado y con las características dimensionales para el experimento.

4. En el desarrollo del experimento debe observar y anotar cualquier cambio térmico, formación de precipitados, cambios de color, formación de espumas, desprendimiento de gases, separación de capas, etc. lo anterior le puede proporcionar información para verificar el buen camino de la reacción

5. Cuando por algún motivo tenga que interrumpir la práctica temporalmente, deberá asegurarse de que no habrá reacciones secundarias o descomposiciones antes de reanudar el experimento. Etiquetar y registrar el avance del experimento.

6. Analizar los movimientos realizados en la práctica, con la finalidad de buscar condiciones más favorables que aumenten la eficiencia en el trabajo y disminuir los tiempos dedicados al montaje de los aparato, búsqueda de reactivos, cerillos, tubos de vidrio, lavado de material, etc.

7. Toda solución, precipitado y material obtenidos, debe conservarse hasta que se ha identificado el compuesto y se le ha observado un rendimiento razonable.

8. Al terminar la práctica deberá desmontar el equipo con cuidado y lavar el material correctamente.

6 REGLAMENTO PARA LOS ESTUDIANTES DE LABOTARORIO DE

QUIMICA ORGÁNICA Para realizar prácticas en este laboratorio, los estudiantes deberán observar las indicaciones siguientes:

1. SEGURIDAD E HIGIENE

Conocer en forma obligatoria las medidas de seguridad en el laboratorio y el “Reglamento de Higiene y Seguridad para Laboratorios De La Carrera De Ing. Bioquímica”

2. ASISTENCIA

Asistir a la sesión del laboratorio que le corresponda con puntualidad o con una tolerancia de 15 minutos. Después de estos 15 minutos no se le dará material.

3. SERVIVCIO DE LABORATORIO Y MATERIAL

a) La entrega de material se efectuará exclusivamente, durante la primera media hora de entrada de cada sesión. Los alumnos no podrán iniciar o terminar una práctica, si no está presente el profesor de la materia.

b) Escuchar la explicación del maestro sobre el experimento, habiendo estudiado previamente el manual.

c) Solicitar al encargado del laboratorio el material, de acuerdo a el vale o boleta de cada sesión y revisarlo cuidadosamente en su presencia. Firmar de conformidad, si es el caso, cuidando de anotar cualquier desperfecto del material.

d) Al final del experimento devolver el material limpio y seco y en el mismo estado en que se recibió y no olvidar la boleta firmada.

4. REPOSICIÓN DE MATERIAL

a) En caso de haber roto material en forma irreparable, colocar los pedazos en una bolsa adecuada y colocarla en los depósitos para tal propósito.

b) Para reponer el material o equipo roto o extraviado, el estudiante deberá comprarlo de las mismas especificaciones y entregarlo con la factura de compra.

c) Se tendrán 15 días naturales para reponer debidamente el material o equipo y si no cumple, no se le permitirá trabajar en el laboratorio, reprobará la materia en curso relacionada con éste y no se podrá inscribir al siguiente semestre de la carrera correspondiente.

7 MEDIDAS DE SEGURIDAD EN LABORATORIO

1. Es obligatorio el uso de bata y lentes de seguridad, algunos experimentos requieren el uso de equipo de protección personal como: guantes, máscaras de gas, pantallas de seguridad, etc.

2. Para cada experimento a efectuar, el alumno deberá informarse de las medidas de seguridad, en

relación al manejo y toxicidad de los reactivos, así como recomendaciones específicas para su realización.

3. Es preciso identificar el lugar de los extinguidores y la ubicación de las salidas del laboratorio,

la unidad de regaderas y lavaojos.

4. Queda prohibido fumar e ingerir alimentos y bebidas dentro del laboratorio.

5. La transferencia de líquidos con pipeta nunca ha de realizarse succionando con la boca, sino que deberá usarse una perilla de hule o de seguridad.

6. Los reactivos deben manejarse con pipetas limpias y secas, los remanentes de reactivos

utilizados no deben regresarse a los envase originales, seguir indicaciones de recuperación de solventes y tratamientos de residuos.

7. Nunca dirija un tubo de ensayo o boca de un matraz con líquidos en ebullición o material en

reacción, hacia su compañero o hacia si mismo, ya que puede proyectarse el contenido.

8. Queda prohibido la visita de personas ajenas a la práctica que se realiza.

9. Las operaciones que requiera el trabajo con líquidos o vapores tóxicos, corrosivos o molestos ( benceno, bromo, metanol, cloroformo, piridina, ácido sulfúrico, fenol, etc) se realizarán en la campana de humos, y si el material es tóxico use máscaras de gases.

10. Muchas sustancias pueden causar quemaduras o absorberse por la piel produciendo

intoxicaciones o dermatitis ( nitrobenceno, compuestos halogenados, aminas, ácidos, etc.) debe usarse guantes y evitar su contacto directo, si ocurriera, ponga la parte afectada bajo el chorro de agua fría durante 15 minutos. ( algunas sustancias ácidas deben neutralizarse con bicarbonatote sodio y las básicas con ácido bórico).

11. Cuando no use el mechero apáguelo, pues además del derroche de gas, alguien puede

descuidarse y quemarse, provocar el inicio de un incendio.

12. Nunca arroje fósforos prendidos o incompletamente apagados a canales o pipetas, puede haber líquidos o vapores inflamables.

13. Cuando caliente un recipiente cerrado con un tapón, proteja el frasco con un dispositivo de

respiración como una válvula Bunsen, que contiene un tubo de vidrio unido a un tubo de hule cerrado con un trozo de varilla de vidrio, el tubo de hule lleva una abertura muy delgada para los cambios de presión.

14. Maneje con cuidado el material esmerilado, póngale vaselina para lubricarlo y poderlo

desmontar. Siempre pula a fuego los extremos de sus tubos, agitadores y conexiones de vidrio.

8

15. Para introducir un tubo de vidrio a un tapón use agua, glicerina o vaselina como lubricante, sostenga el tapón entre el pulgar y el índice, no detenga el tapón en la palma, ni lo dirija a su mano o pecho.

16. Nunca arroje agua sobre metales alcalinos o sobre sales o metales fundidos pues puede

provocar una explosión.

17. Debe extremar precauciones al manejar éteres, los cuales pueden reaccionar con el oxígeno del aire formando peróxidos explosivos, los cuales se encuentran al evaporar o destilar éter.

9 LABORATORIO DE QUÍMICA ORGÁNICA II

PRÁCTICA No 1 ALQUENOS OBJETIVOS:

• Identificar el mecanismo de la formación de alquenos a partir de la deshidratación de alcoholes y observar algunas reacciones características del grupo funcional alqueno.

• Efectuar una hidrólisis e isomerización de un alqueno, el anhídrido maleíco (cis) en ácido fumárico ( trans ).

INTRODUCCIÓN De los alquenos más simples destacan el etileno y el propileno, debido a su importancia en la producción a escala industrial. El etileno a este nivel se produce por medio de la desintegración térmica del gas natural y de la destilación primaria de la gasolina ( 2).

2232322 42VAPOR C, 900-850

323 CHCH CHCHCH H CH H CH )(CH CHCHCHCCH n =+=+=++ → Las condiciones de alta temperatura causan la formación de radicales libres y una ruptura homolítica de los enlaces carbono-carbono y carbono-hidrógeno, originando fragmentos menores. Como se menciono en el curso de Química Orgánica I, la preparación de los alquenos ( dobles enlaces ) se lleva a cabo con las reacciones de eliminación. Las reacciones de formación de alquenos más comunes son la deshidratación de alcoholes y la deshidrohalogenación. En la reacción efectuada en esta práctica el enlace C-O y un enlace C-H vecino del alcohol se rompen y por lo tanto se forma un enlace π de un alqueno:

OH CHCH OH-CH-CH 222SOH

2342

+= → Se sabe que los alcoholes terciarios son los más fáciles de deshidratar con ácidos. Los alcoholes secundarios requieren de una concentración mayor del ácido y una temperatura aproximada de 100 C. Los alcoholes primarios son menos reactivos y como se observa en esta práctica requieren de condiciones más drásticas ( ácido sulfúrico al 98% y una temperatura entre 165- 170 C ) ( 2). Los alcoholes terciarios tienen una mayor reactividad en la deshidratación en presencia de ácidos ( reacción E1), debido a que en su mecanismo de reacción se forma un ion carbonio terciario intermediario de mayor estabilidad (16).

10 PRÁCTICA No 1

MATERIAL Parte I - Soporte, anillo, pinzas para matraz, mechero - Matraz de destilación (500ml), Embudo de separación, termómetro - Tapón de hule bihoradado, cuba hidroneumática, 4 tubos de ensaye - Gradilla, 2 vasos de precipitados de 50 ml., pipeta de 10 ml. - Manguera de hule Parte II - soporte, anillo, pipeta de 10 ml, 2 vasos de p. de 100ml - Del equipo Quikffit para reflujo: matraz de bola de 100ml, refrigerante - Matraz erlenmeyer de 125 ml, termoagitador magnético, espátula - Barra magnética, probeta de 50ml, embudo Buchner, matraz Kitasato - Pinzas para el matraz de bola, pinzas de tres dedos para el refrigerante. - Mangueras de hule - Medidor de punto de fusión, balanza analítica Protección de seguridad: Gógles, guantes, campana extractora y Propipeta.

PROCEDIMIENTO PARTE I Obtención del etileno Tome un vaso de precipitados de 50 ml y coloque 9.3 g de etanol y añadir con cuidado 1.7 ml de ácido sulfúrico concentrado ( usar Propipeta ) y mezclar correctamente la solución (A), vaciarla al matraz de destilación . Por otro lado prepárese una solución ( B) de 9g de etanol y 10 ml de ácido sulfúrico concentrado, en la misma forma que la anterior, espere a que se enfríe, ahora colóquela en el embudo de separación ( llave cerrada ). Monte el equipo de la figura 1.1

Figura 1.1 Obtención de etileno Caliente la mezcla A del matraz de destilación hasta unos 170 C, posteriormente agregue lentamente el contenido del embudo de separación, manteniendo la temperatura entre 165 – 170 C (5).

REACTIVOS • Etanol, Ac. Sulfúrico conc. • Sol. de bromo en CCL4 (

colocar 1ml de bromo en 20ml de CCL4)

• Sol. de permanganato de potasio al 1 %.

REACTIVOS • Anhídrido o Ac. Maleico 1g • HCL conc. 2.5 ml • Agua destilada 2ml

11 PRÁCTICA No 1 Al llevarse a cabo la reacción se empieza a formar el gas, el cual se obtiene por desplazamiento del agua en los tubos de ensaye previamente sumergidos en la cuba hidroneumática. Prepare tres tubos con el gas etileno, para las siguientes pruebas ( 3) .

Tubo 1 Añada 5 gotas de la sol. de permanganato Observaciones:

Tubo 2 Añada 10 gotas de la sol. de bromo Observaciones:

Tubo 3 Envuelva un trozo de franela, y con

precaución acerque un cerillo Observe el color de la llama y Explique:

CONCLUSIONES: CUESTIONARIO: 1. Proponga el mecanismo de reacción de la reacción de formación del etileno. 2. ¿ Cómo es la actividad química del etileno respecto al metano, por que? 3. Muestre un diagrama del etileno, que indique los principales usos en la síntesis de otras materias orgánica y el producto final. BIBLIOGRAFÍA CONSULTADA:

12 PRÁCTICA No 1 PARTE II Isomería geométrica En el matraz de bola de 100ml agregar 1g de ácido o anhídrido maleico, disolverlo en unos 2ml de agua destilada caliente. Agregue poco a poco 2.5 ml de HCL conc. ( usar guantes y lentes de seguridad ). Monte el equipo a reflujo de la figura 1.2. Calentar a ebullición usando el termoagitador y la barra magnética por un espacio de 20 minutos. De esta manera se formarán los cristales de ácido fumárico. Espere a que se enfrié un poco el matraz y desmontelo para seguir enfriando al chorro del agua. Usando papel filtro sobre el embudo Buchner filtre a vacío en el matraz Kitasato y retire los cristales. Usando unos 20 ml de una solución de HCL al 10%, recristalice el producto anterior en un vaso de precipitados de 100ml y vuelva a filtrar de la misma manera. Determine el punto de fusión del ácido fumárico obtenido y compárelo con el del anhídrido maleico mostrado en la etiqueta del frasco. Pese el producto obtenido y determine el rendimiento ( 17 ).

Figura 1.2 Equipo a reflujo para la isomerización ácida. REACCIÓN GENERAL DE LA ISIMERIZACIÓN DEL ANHÍDRIDO MALEICO

o

O

O+ OH2 HCL OH

OH

O

O

HO

OH

O

O

RESULTADOS: CONCLUSIONES:

13 PRÁCTICA No 1

CUESTIONARIO: 1. ¿Cuál es la toxicidad del ácido clorhídrico y el anhídrido maleico. 2. ¿Cómo puede saber si realmente obtuvo como producto al ácido fumárico? 3. Escriba otra reacción orgánica en la cual exista una hidrólisis e isomerización .

TRATAMIENTO DE RESIDUOS

PARTE I:

ETANOL+ H2SO4 (A)

Calentar a 170 C

Agregar etanol + H2SO4 ( B)

Solución Gas

ETILENO RESIDUO ÁCIDO

Neutralizar con bicarbonato De sodio pH=7

Desechar al drenaje

Primera prueba con KMnO4

Si aparece un polvo café (MnO2)

Filtre para confinar y después incinerar

Ningún residuo con color

Desechar al drenaje

Color morado (KMnO2)

Llevar a un pH=7 con NaHSO3, confinar para incinerar

Segunda pruerba con Br en CCL4 Evapore el

CCL4 en la campana

14 PRÁCTICA No 1 PARTE II

ACIDO MALEICO+ AGUA

a) Agregar HCL conc.

b) Calentar a reflujo , enfriar

c) Filtrar a vacío

Líquido Sólido

ÁCIDO FUMÁRICO HCL, agua y restos de

ácido maleico d) Recristalizar con HCL al 10%

e) Filtre y vuelva a cristalizar

CRISTALES DE ÁCIDO FUMÁRICO

Sólido

HCL

Neutralizar con bicarbonato de sodio a un

pH=7

Neutralizar con bicarbonato de sodio a un

pH=7

Neutralizar con bicarbonato de sodio y

desechar


PRÁCTICA No 2 CARACTERÍSTICAS Y OBTENCIÓN DE ALQUINOS OBJETIVOS:

• Preparar el alquino más sencillo, el acetileno. • Realizar pruebas de instauración, para comprobar la presencia de triples enlaces. • Efectuar algunas reacciones comunes del acetileno

INTRODUCCIÓN En la formación de los alquinos la interacción C-C con hibridación sp da lugar a un triple enlace, el cual está formado a su vez por un enlace σ y dos enlaces π. En la estructura del acetileno los ángulos de enlace están a 180 o.

CH CH

Una proporción menor del acetileno se obtiene a nivel industrial de la pirólisis en los gases de hulla y del cracking del petróleo, esto debido a su inestabilidad o reactividad que da lugar a polimerizaciones y condensaciones con otros hidrocarburos. La mayoría de la producción de acetileno se obtiene a partir del metano y del carburo de calcio (10). El acetileno se prepara fácilmente en laboratorio por acción del agua sobre carburo de calcio, en una reacción en frío:

22222 (OH) Ca HC OH 2 CaC +→+ Una de las reacciones características del acetileno es la formación de etanal o acetaldehído, una reacción catalizada con sulfato de mercurio II en medio ácido ( H2SO4); si la reacción se realiza con cualquier alquino de la forma R-C≡C-H, se produce una cetona, en las mismas condiciones ( 2 ). MATERIAL - Soporte, anillo, tubo de hule ( manguera), tela de asbesto, cuba hidron. - Embudo de separación, tapón monohoradado, 5 tubos de ensaye grandes -Pinzas para tubo, Matraz Kitasato 250 ml (seco), M. Erlenmeyer de 50ml - Jeringa desechable, baño de hielo, baño de aire( usar un recipiente de peltre o un vaso de pp) - Mechero, gradilla, 1 tubo de vidrio, probeta de 25 ml, espátula. Para la destilación fraccionada: - 3 soportes universales, 2 pinzas para matraz, probeta de 50 ml - 2 pinzas de tres dedos con nuez, 1 matraz erlenmeyer de 250ml - Del equipo Quikffit: Matraz de bola de 250ml, Columna de vigraux o columna rellena de lana o perlas de vidrio, rondanas de vidrio ,etc. Matraz de bola de 100ml, conector para destilación Condensador Liebig - trozo de tubo de vidrio y de hule para válvula de equilibrio de presión - Bomba de vacío( manguera ), 2 mangueras para el condensador

REACTIVOS: • CaC2 en trozos 7 g • 2 ml de sol. de permanganato

de potasio al 1%. • Sol. de bromo en CCl4 ( 1ml de

Br en 20 ml de CCL4) • 0.5ml de hidróxido de amonio • 0.5ml de cloruro de cobre II • Ac. Sulfúrico conc. ( 6.5 ml),

sulfato de mercurio II (0.5g) • Una sol. de 2,4

dinitrofenilhidracina, 1g en 50 ml de etanol y agregando 5 gotas de H2SO4 .

• Agua destilada

16 PRÁCTICA No 2 Protección de seguridad: Guantes, Gógles

PROCEDIMIENTO I. Obtención de acetileno Prepare previamente 5 tubos de ensaye: 2 de ellos llenos de agua de la llave y colóquelos invertidos en la cuba hidroneumática, en la gradilla coloque un tubo con 2ml de solución de bromo, otro con 2ml de solución de permanganato de potasio y el último con 0.5 ml de hidróxido de amonio más 0.5ml de cloruro cuproso. Monte el aparato de la figura 2.1 y en el matraz de destilación limpio y seco coloque 4g de CaC2 en trozos, en el embudo de separación introduzca agua destilada y déjela caer gota a gota, se identificará el desprendimiento de un gas. Deje evaporar un poco de gas y enseguida recójalo por desplazamiento del agua en los dos primeros tubos de ensaye , una vez desplazado el agua sacar los tubos, tápelos con el dedo y acerque un cerillo encendido. Observe. En forma rápida antes que termine la reacción burbujear tomando la manguera sobre los tubos de ensaye de la gradilla que contienen las diferentes soluciones. Observe y complete las reacciones :

a ) H -C C - H + B r2 _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _

b ) H -C C -H H -C -C -H + M n O 2 _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _

C ) H -C C -H + 2 C u ( N H 3)2C l _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _

K M n O 4

O

O

K M n O 4

figura 2.2 Obtención de acetileno

17 PRÁCTICA No 2

II. Reacción de deshidratación del acetileno

H -C C -H + H 2O C C C H 3-C -HH g S O 4

H 2S O 4

O HH

HH

O

Tome un matraz Kitasato de 250 ml seco, coloque 3g de CaC2 , conecte un trozo de manguera y un tubo de vidrio ( tubo de desprendimiento) del matraz Kitasato a otro matraz Erlenmeyer de 50 ml ( sentado sobre un baño de hielo) que contenga 13 ml de agua, 6.5ml de ácido sulfúrico concentrado y 0.5g de sulfato de mercurio II, ver la figura 2.2.

figura 2.2 Hidratación del acetileno Con la jeringa inyecte agua gota a gota sobre el carburo, se desprende el acetileno y este burbujea sobre la mezcla del matraz Erlenmeyer. Cuando se percate de que ya no existe burbujeo , retire el tubo y la manguera y suspenda la posible salida del gas colocando una pinza Mohr en la manguera, deje reposar el matraz en el hielo (4). Decante el contenido del matraz y transfiéralo a un matraz balón de 100ml para realizar una destilación fraccionada, calentando con baño de aire, empleando un flama moderada y reaciba las primeras gotas del acetaldehído en un matraz Erlenmeyer ( previamente seco ) que contenga 2 ml de una solución de 2,4 dinitrofenilhidracina (4). El producto que se forma no es muy abundante, por que se juntarán los productos de los equipos en un solo matraz y se recristaliza con etanol, para su posterior determinación del punto de fusión. RESULTADOS Y CONCLUSIONES:

18 PRÁCTICA No 2

CUESTIONARIO: 1. Completar la reacción: O ║ CH3-C-H + 2,4 Dinitrofenilhidracina 2. Investigar el mecanismo de reacción de la formación del acetaldehído a partir del acetileno. 3. ¿Cuáles son las características de los cambios al reaccionar el acetileno con: Sol. de bromo:____________________________________________________________ Sol. de permanganato:______________________________________________________ Sol. de cloruro amónico:____________________________________________________ 4. Escriba el nombre para cada uno de los hidrocarburos siguientes (IUPAC):

CH

CH3

a)

b)

c)

d)

5. Escriba un diagrama de flujo para la síntesis de los principales compuestos usados en la industria provenientes del acetileno. BIBLIOGRAFÍA CONSULTADA:

19 PRÁCTICA No 2


CaC2

Agregar agua

Acetileno Ca(OH)2 + residuo de CaC2

Sol. de Bromo

En la campana añada más agua, si no sale más gas, filtre.

Agua, desechar al drenaje

Sólido, Ca(OH)2, tirar al la basura

Evaporar el CCl4 en la campana

Formación de un color café

Ninguna coloración Desechar

Formación de MnO2, filtrar y guardar para confinamiento

Contiene acetiluro de de cobre

Decante, añada ácido nítrico diluido, caliente suavemente

Evapore suavemente y guarde para confinamiento, las sales de cobre

Sol. de KMnO4

Sol. acuosa de NH4OH + CuCl2

Coloración morada Presencia de KMnO4, llevar a

pH=7 con NaHSO3, añada sulfuros para precipitar el MnS y guardar para confinamiento.

Hidratación(burbujeo en agua )

Destilación fraccionada

agua

Acetileno

2ml de 2,4 dinitrofenilhidracina

Precipitan cristales, de hidrazona


PRÁCTICA No 3 SUSTITUCIÓN ELECTROFÍLICA AROMÁTICA OBJETIVOS:

• Efectuar una reacción de sustitución electrofílica aromática ( Nitración del benceno ) • Conocer las condiciones de reacción ( temperatura, solventes y tiempo de reacción ) que

favorecen la reacción de sustitución electrofílica. INTRODUCCIÓN El benceno no sufre las mismas reacciones comunes a los alquenos, esto por que su aromaticidad proporciona una estabilidad muy especial al sistema de enlaces dobles. Sin embargo, bajo ciertas condiciones sufre reacciones de sustitución electrofílica. En estas el rectivo electrofílico ( afinidad por cargas negativas ) sustituye un hidrógeno del carbono del benceno (8). En presencia del electrófilo el anillo aromático se destabiliza formando un carbocatión ( ion arenio ), con la pérdida de un ion H+ se forma un carbanión entre este último y el ion arenio formando nuevamente el doble enlace en el benceno. En las reacciones de monosustitución se hace uso de un ácido de Lewis para catalizar la reacción, por lo tanto la interacción entre el ácido y el reactivo electrfílico da como resultado un complejo mucho más reactivo aumentando la velocidad de la reacción ( 7 ). La siguiente tabla muestra los reactivos más comunes usados en la sustitución electrofílica y el ácido de Lewis correspondiente.

R. Electrófilo + catalizador (Ac. De Lewis) Complejo ( más reactivo ) →+ AlCl Cl 32

→+ FeBr Br 3

→+ H HNO 423 SO

→ SOH 42

→+ AlCl Cl-R 3

3- Cl Al - Cl - Cl +

3-BrFe - Br -Br +

2N O+

3SO

3-ClAl - Cl - R +

En la nitración del benceno con ácido nítrico se utiliza ácido sulfúrico concentrado para provocar la formación del electrófilo activo ion nitronio ( +NO2 ), este ion ataca el anillo aromático produciendo un carbocatión intermediario, seguido de una desprotonación del catión estabilizado por resonancia, restaurando la aromaticidad del anillo y por ende la formación del nitrobenceno. M.R.

1) H - O - N - O (-) + H+ HSO4(-) H - O+ - N - O (-) +N= O +H2O

O

H

O O

ION NITRONIO

..

..

2) N = O + H - O - H + H3O+

O N

O

O(-)+

+H+

..

..

NO2

CARBOCATIÓN

21 PRÁCTICA No 3 MATERIAL -Matraz pera de dos bocas, embudo de separación con tapón - Agitador magnético con barra, baño de hielo (cristalizador) - Baño maría, mechero, soporte, tela de asbesto, 2 probetas de 25ml - Termómetro (-10-400 C ), varilla de vidrio - 2Vasos de pp. De 250ml, espátula, tiras para pH - DEL EQUIPO QUIKFFIT: - Matraz de bola de 100ml, conector para destilación - Refrigerante ( enfriando con una corriente de aire puede usar una bomba y un sistema de enfriamiento ) - Tubo para termómetro, embudo de separación Equipo de protección: Guantes, Gógles, campana extractora.

PROCEDIMIENTO En un matraz balón o pera de dos bocas coloque 12 ml de Ac. Nítrico concentrado, en una de las bocas conecte un embudo de separación con 15 ml de ácido sulfúrico concentrado ( trabaje en la campana ). Prepare un baño de hielo y agregue poco a poco el ácido sulfúrico con una agitación constante ( usar un agitador de vidrio ). La mezcla sulfonítrica debe mantenerse a una temperatura ambiente de 20 –30 C. Cuando termine de agregar el H2SO4 quite el embudo de separación y coloque un termómetro ( en el tubo para termómetro), retire el matraz del baño de hielo. Adicione lentamente y con agitación fuerte ( usar agitador magnético ) 10 ml de benceno( en porciones de 2ml ) y procure mantener la temperatura de la reacción entre 48-50 C, si la mezcla está muy caliente póngala por lapsos en el baño de hielo( sigua agitando con la varilla) ( usar lentes de seguridad, puede proyectarse el contenido del matraz). Cada que se añada el benceno la mezcla tomará una coloración café. Terminando la adición de benceno, mantenga a una temperatura final de 50 C y adapte al matraz pera un refrigerante en posición de reflujo en una de las bocas y en la otra continúa el termómetro (3).

M a tra z d e d o s b o c a s

1 112

3

45 6

7

8

91 1 0

2

3

45 6

7

8

91 10

E m b u d o d e s e p a ra c ió n , d e s p u é s s e s u s t i tu y e p o r e l tu b o c o n te rm ó m e tro

T e rm o a g i ta d o r

B a ñ o M a r ía

R e f r ig e ra n te a re f lu jo

REACTIVOS • HNO3 conc. (12 ml) • H2SO4 conc. ( 15 ml) • Benceno ( 10 ml) • Sulfato de sodio anhidro

(5g) • NaOH al 10% • Agua destilada

Figura 3. Conexión a reflujo

22 PRÁCTICA No 3 Calentar en baño maría manteniendo la temperatura a 60 C durante una media hora, agitando la mezcla constantemente. Al concluir el calentamiento la mezcla se separa en capas, la inferior es una mezcla sulfonítrica y la superior con (nitrobenceno+benceno). Posteriormente retire el baño maría y sustitúyalo por el baño de hielo para mantener una temperatura de 25 C. Coloque la mezcla en un embudo de separación seco, elimine la capa inferior ( en frasco para desechos ), la capa restante es el nitrobenceno, este se agita con 15 ml agua fría (dos veces) y después con una solución de NaOH al 10% hasta un pH=7 y finalmente vuelva a lavar con 15 ml de agua ( ahora el nitrobenceno está en la capa inferior, debido a que es más pesado que el agua) (4). Separe el nitrobenceno en un matraz Erlenmeyer y séquelo con sulfato de sodio anhidro (5g) y déjelo reposar. Posteriormente decante separando el sulfato de sodio y transfiriendo el nitrobenceno a un matraz bola de 100ml para realizar la destilación simple( equipo Quikffit), usando un refrigerante con aire y colecte la fracción entre 192 –197 C. (No destile hasta sequedad, se puede formar una polinitración en el residuo causando explosiones) Nota1: Es importante recalcar que el éxito de la práctica depende en buena medida de la agitación Nota2: Evite el contacto con el nitrobenceno, con la piel o la inhalación de sus vapores, es muy tóxico. RESULTADOS: CUESTIONARIO: 1. Escriba el mecanismo de reacción para:

C l

A L C l 3

2. ¿Qué producto se forma al reaccionar el

CH2

Cl+

?

23 PRÁCTICA No 3 3. Según el efecto del sustituyente de anillo aromática ¿Cuál será el producto esperado?

C H 3

c l

A lC l3

N O 2

H 2S O 4

a)

b )

4. Escribas 5 compuestos aromáticos de importancia industrial o farmacéutica que sean sintetizados a partir del nitrobenceno.

Compuesto Usos 1. 2. 3. 4. 5.

CONCLUSIONES: BIBLIOGRAFÍA CONSULTADA:

24


ÁCIDO NÍTRICO

a) H2SO4 en agitación

MEZCLA

b) Agregar benceno ( 40 –50 C )

Mezcla Sulfonítrica +

Nitrobenceno

c) Instalar el reflujo, calentar a 60C por 30 minutos. d) Bajar la temperatura a 25 C e) Separar capas Fase acuosa

Fase orgánica

Nitrobenceno

Mezcla Sulfonítrrica

f) Agitar con agua dos veces g) Agitar con NaOH, pH=7 h) Agitar con agua

Capa inferior

Capa superior

Mezcla sulfonítrica + agua

Neutralizar con bicarbonato de sodio,

filtrar

Neutralizar con bicarbonato de sodio,

filtre si existen sólidos y elimine NITROBENCENO

i) Secar con 5g de sulfato de sodio j) Calentar hasta aclarar el nitrobenceno k) Destilar a 192-197 C

Residuos del destilado

Confine, para enviar a incinerar


PRÁCTICA No 4 BROMACIÓN DEL FENOL

OBJETIVO: Analizar una reacción de sustitución electrofílica aromática, llevando a cabo la bromación del fenol. INTRODUCCIÓN: El benceno sustituido puede experimentar sustituciones de un segundo grupo. Algunos compuestos del benceno sustituido son más activos que el propio benceno ( anilina ), mientras que otros tienen una actividad mucho menor ( nitrobenceno ). Cuando el benceno es el único que reacciona se obtine solamente un producto, pero cuando el benceno ya contiene un sustituyente el efecto afecta la reactividad del anillo y la orientación de la reacción. Por lo tanto los sustituyentes pueden clasificarse en tres grupos: activadores orto y para orientadores, desactivantes orto-y para-orientadores y desactivantes meta-orientadores ( 8 ).

orto, para-director meta-directores(desactivantes)

-NH2, -NHR, -NR2

-OH

-NH C R

O

-C6H5 ( aril )

-R

- X

- C - RO

- CO2R

- SO3H

-CHO

- CO2H

- CN

-NO2

-NR3+

..

..

:

..

..

..

..

..

..

..-O R

..

+

etnavitcaseD

+

etnavitcA

Los grupos orto-para directores ( excepto el grupo arilo y metilo ) poseen electrones no compartidos en el átomo unido al anillo.

OH.... e - no apareados

Fenol, activ ante orto-para

CO -

H no contiene e - no apareados

26 PRÁCTICA No 4 Tanto el grupo hidroxilo ( -OH ), alcoxilo y amino tienen un fuerte efecto de resonancia para la donación de electrones por parte del oxígeno o del nitrógeno ( 2 ). La reacción de bromación del fenol en ausencia de un ácido de Lewis como catalizador , a 0 C, produce casi exclusivamente el para-bromofenol ( 7 ). La bromación del fenol se puede dirigir ajustando las cantidades de Br2 y el tipo de catalizador.

O H O H

B r

K B r

B r 2

B r

B r

B rO HO H

F e n o l

2 , 4 , 6 t r i b r o m o f e n o l

F e n o lp - B r o m o f e n o l

MATERIAL - 2 Probetas de 50 ml, Espátula. - Pipeta de 1 ml, propipeta, papel filtro No 4. - Embudo Buchner, Matraz Kitasato, Bomba de vacío. - 2 Vasos de precipitados de 125 ml - Agitador magnético, Balanza analítica, campana Extractora - Mascarilla anticontaminante, - Material de protección personal: gógles , guantes y mascarilla.

PROCEDIMIENTO Usando los gógles prepare en primera instancia la solución de fenol al 1%, coloque 0.5g de fenol en un vaso de precipitados( etiquetado ) y midiendo con la probeta 49.5 ml de agua destilada agréguela al vaso de precipitados, agite con agitador magnético. Por otro lado, prepare en la campana extractora la solución de KBr, en otro vaso de precipitados ( etiquetado) coloque 1.3 g de, agregue 12 ml de agua destilada, agite con el agitador magnético. En la campana extractora, colóquese un mascarilla antigases y usando propipeta mida 0.4 ml de bromo y escurrirlo lentamente en la solución de KBr, agie en la parrilla magnética hasta disolver. Con la sol. de fenol al 1% sobre el agitador magnético, agitando lentamente, vierta la solución de KBr/Br2 hasta obtener un color amarillento, tome 50 ml de agua destilada y agregarla a la sol. fenol/Br, agite fuertemente hasta disolver los grumos. Filtre a vacío las solución final, usando papel filtro No. 4 ( previamente tarado ) en embudo Buchner y matraz Kitasato, remojando el papel filtro con un poco de agua destilada. Posteriormente lave con una

REACTIVOS - Fenol (0.5 g) - KBr 1.3 g - Bromo ( 0.4 ml ) - Sol. de Bisulfito de sodio al 5% - Agua destilada

27 PRÁCTICA No 4 solución de bisulfito de sodio y vuelva a filtrar. Seque el producto al aire en un lugar ventilado. Una vez seco, pese y calcule el rendimiento. RESULTADOS: CONCLUSIONES:

CUESTIONARIO:

1. Escriba una ruta general de reacciones, a partir del benceno y pasando por el fenol para obtener:

O - CH3

2. Escribir el mecanismo de reacción para obtener :

O H

C l

A lC l3

3. La fenolftaleína sódica es un indicador de pH que contiene dos grupos fenoles, escriba su fórmula molecular: 4. Muestre cómo sintetizaría los compuestos siguientes a partir del benceno: a) m- cloro –anilina b) n- pentil- benceno c) 1,2 – difeneil-etano d) trifenil-metano BIBLIOGRAFÍA CONSULTADA:

28 PRÁCTICA No 4


Fenol al 1%

a) Agitar lentamente

b) Añadir sol. KBr/Br2

c) Añadir agua

Mezcla 2, 4, 6-tribromofenol + agua + fenol/residuos de Bromo

e) Filtración a vacío

Mezcla de agua/fenol Bromofenol

(2,4,6-tribromofenol)

f) Secado con Bisulfito de sodio

Bromofenol Neutralizar con un amortiaguador de radicales libre

residuo Producto Confinar para

posterior incinerización


PRÁCTICA No 5 OBTENCIÓN DE UN COMPUESTO HETEROARÓMATICO OBJETIVO:

• Obtener el furfural por hidrólisis de las pentosas en un medio ácido • Identificar al furfural por algunas reacciones de formación de derivados • Investigar la importancia industrial y biológica de los derivados del furfural

INTRODUCCIÓN El furfural es un líquido incoloro, cuando está recientemente destilado, con olor aromático, ligeramente soluble en agua ( 8% a 20 C ). Existen muchas fuentes para obtener este compuesto, sobre todo de origen agrícola, la característica principal es que sean ricos en pentosas, como el salvado de trigo, de fibra de coco, de elote de maíz, trigo y avena, paja de algodón, cáscaras de cacahuate, etc. El furfural es básicamente un grupo aldehído unido a un anillo heteroarómatico, el cual tiene características muy similares al benzaldehído. Aplicando una hidrólisis ácida las pentosanas ( abundantes en la pared celular de los vegetales ) se convierten en pentosas, las que al deshidratarse dan el furfural. El furfural es usado como disolvente para obtener varios aceites minerales especiales y como materia prima para muchas síntesis de fármacos y derivados de uso industrial ( 4, 9 )

O

O HO H

O HOH

O

n

H 3O + O H

O HO H

C H 2O H

+O

O H

O H O H

O H

O H

O

O HO H

O H

O

O

H

H 3O +

P en to san as R ib u lo sa H id ra to de p en to sa

oH

Oc

F u rfu ra lP e n to sa

MATERIAL - Del equipo Quickffit: - Matraz balón de 1ooml - Refrigerante con mangueras - T de destilación, termómetro, tubo para termómetro. - 2 matraz Erlenmeyer de 100ml, Probeta de 25 ml - Embudo de separación con tapón( Para la extracción ) - Matraz Kitasato, Embudo Buchner, Agitador de vidrio. - Pipeta de 1 ml, 3 tubos de ensayo, gradilla - Soporte, pinzas para matraz bola. -Pinzas de tres dedos con nuez para el refrigerante.

REACTIVOS • Ac. Sulfúrico al 10 % ( 55 ml) • Bicarbonato de sodio sólido, AgNO3 al 10%(unos 20

ml), sol. de NaOH al 5% ( 20 ml) • NaCl, Sulfato de sodio anhidro (3g), sol. de NH4OH al

50% ( 20 ml) • Diclorometano ( si no se tiene acetato de etilo ,éter o

cloroformo ) • Reactivo de Tollens ( ver preparación en la Práctica ) • Sol. de 2,4- dinitrofenilhidracina ( ver preparación en

la práctica ) • Olote tierno molido, salvado de trigo, All Bran,

cáscara de cacahuate, bagazo de caña.

30 PRÁCTICA No 5 PROCEDIMIENTO a) Formación y destilación del furfural. En un matraz balón de 100ml coloque 10g de olote tierno finamente molido ( otros equipos pueden usar otros fuentes citadas en los reactivos, para comparar ), agregue 55 ml de la sol. de ácido sulfúrico al 10%, en la boca del matraz adapte un sistema de destilación del equipo Quickffit, caliente a ebullición suavemente puede usar el mechero o una manta de calentamiento ( no destile hasta sequedad ), colecte unos 25 ml en un matraz Erlenmeyer. b) Extracción del furfural. Neutralizar la solución destilada con bicarbonato de sodio ( o carbonato de sodio), posteriormente saturar con NaCl. Colocar la solución en un embudo de separación para realizar una extracción líquido-líquido con diclorometano ( en tres porciones de 15 ml cada una ), separando la fase orgánica de la fase acuosa. c) Eliminación del disolvente. Seque la fase orgánica con sulfato de sodio anhidro (3 g), con el embudo Buchner ( papel filtro ) y matraz Kitasato filtre para separar el sulfato de sodio. Pase la solución filtrada a un matraz balón de 100ml ( seco y limpio ) para realizar una destilación con baño maría hasta que quede un residuo aceitoso amarillento y de olor característico( 3) PRUEBAS DE IDENTIFICACIÓN: a) Prueba con 2,4-dinitrofenilhidracina. En un tubo de ensayo coloque dos gotas del residuo aceitoso y agruegue 1 ml de la sol. de 2,4 DF hidracina, observe la formación de un sólido de color naranja –rojizo, sepárelo por filtración al vacío, séquelo y determine el punto de fusión ( el producto esperado es la 2,4 –dinitrofenilhidrazona del furfural, en refrencias tien un p.f.= 230 C ), en caso de que el color naranja no aparezca caliente un poco el tubo a baño María. Nota: la sol. de DF hidracina se prepara, con 1 g de este compuesto en 50ml de etanol y agregando 5 gotas de ácido sulfúrico conc. (19)

NO2

O2N

N +

NH3

H

+ HSO4-

O2N

NO2

N

NH

H

H

..

+ H+

O

C

O

+ H+ C

O

H

H

H

O O

H

OH:C+

+

2,4-Dinitrofenilhidracina

Furfural Intermediario secundario (carbocatión estabilizado)

+ O2N-

NO2

N

N H

H..

:H

O

NN

NO2

NO2

H

H2O++

H

-H+, +H+

NN

NO2

NO2

HH

HOH

O

+

H+

-H+, +H+

31 PRÁCTICA No 5

ON

N

NO2

NO2H

2,4-dinitrofenilhidrazona del furfural

b) Prueba con Reactivo de Tollens. En un tubo de ensayo colocar 2 ml de reactivo de Tollens y tres gotas del residuo aceitoso, mezclar y homogeneizar, caliente unos minutos en baño maría y observe la formación de un espejo de plata que se deposita en las paredes del tubo. Nota: preparación del rectivo de Tollens: a tres gotas de AgNO3 al 10% adicionarle una gota de sol. de NaOH al 5%, agite. Posteriormente adicione la sol. de NH4OH al 50% hasta la disolución del sólido formado ( sin exceder ). Reacciones:

2 AgNO3 + 2NaOH 2 AgOH + 2 NaNO3

2 AgOH + 4 NH4OH 2 Ag(NH3)2OH + 4 H2O

+ 2 Ag(NH3)2OH + 2Ago + H2O +3NH3C

O

H

O OC

O

O:NH4

- +

furoato de amonio

Espejo de plata

RESULTADOS: CONCLUSIONES:

Extracción del furfural: Pruebas de identificación:

32 PRÁCTICA No 5 CUESTIONARIO: 1. ¿El furfural es miscible en agua? Explique la influencia de esta propiedad en la práctica realizada. 2. ¿Qué interés tiene los derivados del furfural en medicina? 3. ¿Qué pentosas existen principalmente en el salvado de trigo?

BIBLIOGRFÍA CONSULTADA.

33 PRÁCTICA No 5


Olote o salvado

a)Adicionar H2SO4 al 10% b) Mezclar c) Destilar Destilado

Sólido

Pasta sólida de olote o salvado, residuos ácidos

Solución ácida + furfural

d) Neutralizar con Na2CO3 e) Saturar con NaCl

Mezcla de furfural + agua+ NaCl + Sulfato de sodio+CO2

f) Extracción con diclometano

Fase acuosa Fase orgánica

Diclorometano u otro disolvente + furfural

Sulfato de sodio o NaCl

Neutralizar con NaOH, diluir con agua y

desechar al drenaje

g) Secar con sulfato de sodio h) Filtrar en embudo Buchner

Neutralizar con NaOH diluido, desechar el sólido a la basura

Sólido

Filtrado

Sulfato de sodio hidratado

Lavar con etanol y secarlo a 80 C, se puede colocar en la campana de

desecación para reutilizar

Furfural + Diclorometano

i) Destilación

residuo

Furfural Diclorometano

Si el volumen vale la pena destilar, si no mandarlo a

incinerar

Pruebas de identificación

Continuación...

34 PRÁCTICA No 5

Adición de 2,4 dinitrofenilhidracina

Adición del reactivo de Tollens

2,4-dinitrofenilhidrazona

del furfural

Formación del espejo de plata, furuota de amonio y

agua

Recristalizar con etanol y filtrar

Adición de ácido nítrico para la formación de

nitrato de palta, nitrato de amonio

Mandar a incinerar

filtrado Cristales

2,4 –dinitrofenilhidrazona, determinar el punto de fusión

Recuperar el etanol en rotavapor o por

destilación

Cola de la destilación, mandar

a incinerar


PRÁCTICA No 6 OBTENCIÓN DE UN COLORANTE SINTÉTICO OBJETIVOS:

• Preparar el añil o índigo a partir del orto-nitrobenzaldehído y de la cetona • Revisar la importancia del indol y sus derivados • Usar el colorante sintético para teñir una tela

INTRODUCCIÓN: El índigo o añil es un compuesto derivado del indol o benzopirrol, el cual es un compuesto heterocíclico con anillos condensados. El índigo ha sido uno de los colorantes más usados desde la antigüedad, en principio se obtenía de un glucósido contenido en la planta Indigofera tinctoria, por hidrólisis y oxidación. Posteriormente se ha sintetizado por varios caminos, como la fusión de la sodamida ( NaNH2) del ácido N-fenilglicínico o de la α-carboxi-N-fenilglicina con NaOH( 3). En esta práctica se obtendrá a partir de el orto-nitrobenzaldehído y la acetona, en presencia de NaOH, a través de la formación de un aldol, el cual sufre una oxido-reducción y da lugar al índigo ( 20). La indigotina o carmín de índigo es uno de los colorantes más usados en alimentos a nivel mundial, debido a que se absorbe muy poco en el intestino y eliminándose el absorbido en la orina. Con propiedades de no ser mutagénico, usado en bebidas, caramelos, confitería y helados, con los límites establecidos para los colorantes artificiales (21).

N HIndo l

N =O

H

O

O(-)

(+)

C C

O

O H

C H 3N O 2

a ldo lo rto -n itrobenza ldeh ído

N aO H

2C

O H

C

N O 2

CO

C H 3

NH

OHN

O

ín d igo

a ce to na

36 PRÁCTICA No 6

MATERIAL - 2 Matraz Erlenmeyer de 50 ml - 2 Vasos de pp de 150ml, varilla de vidrio - Pipeta de 5ml - Matraz Kitasato, Embudo Buchner, Bomba de vacío - 2 probetas de 50 ml, varilla de vidrio, papel filtro - Manguera, Espátula, medidor de punto de fusión Protección de seguridad: Gógles y guantes

PROCEDIMIENTO Tome un matraz Erlenmeyer de 50ml y disuelva 1g del orto-nitrobenzaldehído en una mezcla de 5ml de acetona y 5ml de agua destilada. Agregar a la mezcla anterior 5ml de una solución de NaOH 1N y agitar con una varilla de vidrio, la reacción cambia de color verdoso a café. La mezcla así formada se deja reposar por 5 minutos a temperatura ambiente y se deja que precipiten los cristales impuros del índigo. Filtrar a vacío en embudo Buchner ( usando un papel filtro previamente tarado ), conectando el matraz Kitaso a la bomba de vacío. Posteriormente se hacen tres lavados con etanol ( c/u con 30 ml) y luego dos con éter etílico ( 20 ml c/u ), con la bomba de vacío funcionando. El producto se obtiene en forma de agujas de color azul obscuro, determine el rendimiento y el punto de fusión ( 20 ). Prueba de tinción: En un matraz Erlenmeyer coloque 50 ml de una solución de NaOH al 2%, agregue 0.1 g del índigo obtenido y enseguida añda 0.2 g de hidrosulfito de sodio ( ditionito de sodio ) ( Na2S2O4 ). Usando un tapón tape el matraz y agite fuertemente para disolver. Caliente la solución a baño maría, sumerja un trozo pequeño de tela blanca de algodón, hierva unos dos minutos. Saque la tela y déjela escurrir sobre toallas de papel para eliminar el exceso de colorante. Cuélguela y seque al aire, dejando que el leucoíndigo se oxide. Si se quiere mayor color repita con mayor cantidad del índigo obtenido. Observe los resultados. RESULTADOS :

REACTIVOS - orto-Nitrobenzaldehído ( 1g) - Acetona ( 5ml), agua destilada - NaOH 1N( 5ml) - Etanol de 100ml - éter etílico ( 50 ml) - Tela de algodón - Sol. de NaOH al 2% (50 ml) - Hidrosulfito de sodio ( ditionito de de sodio)

37 PRÁCTICA No 6

CONCLUSIONES: CUESTIONARIO: 1. Explique que son los colorantes azoicos. 2. Escriba que otros métodos de obtención del índigo se conocen. 3. ¿Cuál es la función NaOH en la reacción general de obtención del índigo? 4. ¿Qué otras sustancias de importancia industrial son derivados del indol? BIBLIOGRAFÍA CONSULTADA:

38 PRÁCTICA No 6

TRATAMIENTOS DE RESIDUOS

Orto-nitrobenzadehído + Acetona + agua

a) Agregar NaOH 1N b) Agitar c) Reposos de 5 min.

Mezcla + Cristales de índigo

d) Filtrar

Sólido Líquido

Cristales impuros Mezcla de Etanol + éter y acetona

e) Lavado

Indigo Destilar para recuperar o mandar a incinerar


PRÁCTICA No 7 IDENTIFICACIÓN DE ALCOHOLES Y FENOLES OBJETIVO:

• Efectuar pruebas de laboratorio para identificar los tipos de alcoholes • Analizar las reacciones de la Prueba con reactivo de Lones y de Lucas • Percatarse de algunas pruebas diferenciales para alcoholes alifáticos y el fenol

INTRODUCCIÓN: Los alcoholes y fenoles semejan a la geometría espacial de la molécula de agua. El ángulo de enlace R-OH tiene aproximadamente el valor tetraédrico de 1090, observándose una hibridación sp3 en el átomo de oxígeno. Los alcoholes y fenoles tienen puntos de ebullición más elevados en comparación de algunos otros hidrocarburos debido a que poseen como el agua puentes de hidrógeno ( 18 ).

CH3 OH OH

Los alcoholes y fenoles pueden actuar como bases débiles ante ácidos fuertes formando alcoholes protonados ( ion oxonio ) R-OH2

+ , ahora como ácidos débiles se disocian poco en soluciones acuosas originando y cediendo un hidrógeno al agua ( H3O+) y un ion alcóxido (RO-), o un ion fenóxido ( ArO-). Los alcoholes ocupan un lugar privilegiado en la Química Orgánica, ya que pueden ser preparados por muchas sustancias ( alquenos, halogenuros, cetonas, ésteres, etc) y son materia prima para un gran número de compuestos ( 2 ). Una de las reacciones más comunes de los alcoholes es la oxidación para dar compuestos carbonílicos. Los alcoholes primarios se oxidan dando inicialmente aldehídos y luego ácidos carboxílicos, los alcoholes secundarios forman cetonas y los alcoholes terciarios son muy resistentes a los reactivos oxidantes. La oxidación se puede llevar a cabo con: KMnO4, CrO3 y Na2Cr2O7, el uso de estos depende del rendimiento, tipo de alcohol y costo principalmente. En esta práctica se usará el reactivo de Jones que contiene al CrO3 en medio ácido. Los alcoholes líquidos hasta de 5 carbonos se identifican con el reactivo de Lucas que contiene una solución de cloruro de zinc en ácido clorhídrico. Con esta prueba se identifican los diferentes alcoholes alifáticos. Los alcoholes reaccionan con los ácidos orgánicos formando ésteres, que son sustancias de un

40 PRÁCTICA No 7 olor agradable. En esta reacción, la formación de ésteres de los alcoholes terciarios es muy difícil, la de los alcoholes secundarios difícil y la de los alcoholes primarios fácil ( 3 ). Los fenoles pueden presentar reacciones como grupo alcohol, similares a las de los alcoholes alifáticos, como la formación de los ésteres con cloruros y de éteres con por reacciones con haluros de alquilo; como núcleo aromático el fenol presenta reacciones típicas de sustitución electrofílica aromática como la halogenación, nitración, sulfonación y algunas reacciones de Friedel. MATERIAL - 2 probetas de 25 ml, 2 pipetas de 1ml, 2 pipetas de 5ml - 2 agitadores de vidrio, espátula, vaso de pp. De 150 ml - Matraz Erlenmeyer de 50 ml, pinzas para tubo de ensayo - 5 Tubos de ensayo y gradilla - Mechero Protección personal: Guantes y gógles

PROCEDIMIENTO I. Pruebas para Alcoholes. a) Oxidación Preparación del reactivo de Jones . En 1 ml de solución al 10% de CrO3 añada cuatro gotas de H2SO4. etiquételo. En un tubo de ensayo introduzca 1ml de alcohol (muestra) y agregue gota a gota el reactivo de Jones y agite el tubo hasta mezclar las dos soluciones. Se considera la prueba si desaparece un color naranja-rojizo y la mezcla se torna azul-verdosa. Repita el procedimiento para las demás muestras. Reacciones de oxidación:

R - C H - O H + C r O 3 / H 2 S O 4 R - C = O R - C = OC r O 3 / H 2 S O 4

H O HA l c o h o l 1 0H

A l d e h í d o A c . c a r b o x í l i c o

R - C H - O H + R - C = O C r O 3 / H 2 S O 4

R ' R 'A l c o h o l 2 0 C e t o n a

R - C - O H + N o h a y r e a c c i ó n C r O 3 / H 2 S O 4

R ' '

R '

A l c o h o l 3 0

REACTIVOS -Sol. de ZnCl2 al 10% (3ml), HCl conc., H2SO4 - Sol. de NaOH al 10% (1ml), Fenol, Ac. Acético (2ml) - Anhídrido crómico (CrO3) - Agua de bromo ( 1 ml de bromo en 20ml de CCl4) - Sol. Cloruro férrico al 3% ( 3ml) - Agua helada - Tetracloruro de carbono ( 1ml) - Sol. de Na2CO3 al 5% (1ml) - Muestras de varios alcoholes: ( puede ser) - Alcohol etílico, n-butílico, isopropílico, isobutílico

41 PRÁCTICA No 7 TABLA DE RESULTADOS

Muestra de alcohol observación Prueba de Jones + o - Etanol Alcohol isopropílico Alcohol n-butílico Alcohol terbutílico

b) Prueba de Lucas Reactivo de Lucas: en 3 ml de ZnCl2 al 10%, añada 10 gotas de HCl concentrado y etiquetarlo. Tome un tubo de ensayo e introduzca en el 2.5 ml de reactivo de Lucas y agregue 0.5 ml de la muestra, tape el tubo y agite durante 5 minutos. Deje reposar y verifique se aparece una turbidez, (prueba positiva). Si a los 15 minutos no existe ningún cambio la prueba es negativa. Repita para las demás muestras. Reacciones:

R - C H - O H + H C l / Z n C l 2 N o h a r r e a c c i ó n

A l c o h o l 1 0H

R - C H - O H + H C l / Z n C l 2 R - C H - C l

R ' R '

A l c o h o l 2 0 H a l o g e n u r o d e 2 0

R - C H - O H + H C l / Z n C l 2 R - C - C l

R ' ' R ' '

R 'R '

A l c o h o l 3 0 H a l o g e n u r o d e 3 0

TABLA DE RESULTADOS

Muestra de alcohol Observación Prueba de Lucas + o - Etanol Alcohol isopropílico Alcohol n- butílico Alcohol terbutílico

c) Esterificación. En tres tubos de ensayo conteniendo 2ml de alcohol muestra, añada a cada tubo 2ml de ácido acético y una gota de ácido sulfúrico concentrado. La mezcla se calienta hasta ebullición y se mantiene así por 2.5 minutos. Esta solución se vierte sobre un vaso de precipitados que contenga 25 ml de agua helada. Identifique el olor.

Muestra de alcohol Observación Esterificación + o - Etanol Alcohol isopropílico Alcohol terbutílico

42 PRÁCTICA No 7 II. Identificación de fenoles a) Prueba con agua de bromo Solución de fenol: en 20ml de agua disolver 1g de fenol, etiquetar. En un tubo de ensayo a un 1 ml de la sol. de fenol agregue gota a gota y con agitación una solución de agua de bromo hasta que el color sea constante. La prueba es positiva cuando desaparece la coloración y aparece un precipitado. Repita la prueba usando etanol, compare y observe. b) Prueba con cloruro férrico Tome un tubo de ensayo y coloque 3ml de sol. de fenol y adicione gota a gota cloruro férrico al 3%. Explique los cambios ocurridos. RESULTADOS:

Prueba con agua de bromo Prueba con cloruro férrico Observaciones:

Observaciones:

III. Prueba de solubilidad Se deben tener preparadas previamente los siguientes disolventes:

Disolvente Etanol Alcohol isopropílico Alcohol terbutílico Fenol Solubilidad pH Solubilidad pH Solubilidad pH Solubilidad pH Agua HCl al 5% Sol. NaOH al 10% H2SO4 conc. CCl4 Sol. de Na2CO3 al 5%

CUESTIONARIO: 1. Escriba las reacciones generales para las dos pruebas del fenol. 2. ¿Qué producto se forma entre el alcohol y el ácido acético, escriba la reacción?

43 PRÁCTICA No 7 3. ¿ Cómo es la acidez de los fenoles en comparación de los alcoholes alifáticos? 4. Investigue la toxicidad del cromo BIBLIOGRAFÍA CONSULTADA:

44 PRÁCTICA No 7


ALCOHOLES

Prueba de R. De Jones Mezcla ácida

Ajustar a pH=3, agregar bisulfito de sodio para cambiar el Cr+6 a Cr+3, precipitar con NaOH, el sólido confinarlo y la solución neutralizarla y desecharla

Prueba de Lucas Mezcla ácida de halogenuros

Ajustar a pH=3, agregar bisulfito de sodio ( cambio de color), agregar NaOH para precipitar, el sólido mandarlo a confinar y la solución neutralizar y desecharla

Esterificación

Mezcla acuosa con ésteres

Si la cantidad vale la pena recuperar, si no desechar

FENOL

Prueba con FeCl3 Cloruro ferrico del fenol Neutralizar ,

absorver con carbón, filtrar, el sólido a incinerar, la solución desecharla

Prueba con agua de bromo

Mezcla de 1,3,5 Tribromofenol

Ajustar a un pH=3, adicionar bisulfito de sodio, agregar NaOH, para formar un precipitado, filtrar, el sólido confinarlo, la solución neutralizar y desechar.

Alcohol o Fenol

Pruebas de solubilidad

Adicionar: -Agua, HCl al 5%, NaOH al 10%, H2SO4 conc. , CCl4 .

Si es posible por decantación separe las fases

Orgánica Acuosa Mandar a incineración

Si existe sólido, filtarr

Incinerar Neutralizar con NaOH y desechar al drenaje

Líquido Sólido


PRÁCTICA No 8 IDENTIFICACIÓN DE ALDEHÍDOS Y CETONAS OBJETIVOS:

• Que el alumno sea capaz de distinguir entre un aldehído y una cetona por medio de reacciones características.

• Realizar pruebas para identificar el grupo carbonilo presente en los aldehídos y cetonas INTRODUCCIÓN La palabra aldehído significa alcohol deshidrogenado, y cetona proviene de la mas sencilla de entre ellas, la acetona ( propanona ). Los aldehídos y cetonas tienen en común un gran número de propiedades, las del grupo carbonilo, por lo que pueden analizarse simultáneamente. Sin embargo, la fácil oxidación de los aldehídos les confiere propiedades reductoras que no poseen las cetonas ( 10). Con respecto a lagunas reacciones oxidantes, agentes oxidantes ligeros como el reactivo de Tollens ( sol. amoniacal de nitrato de plata) y la solución de Fehling o de Benedict, soluciones alcalinas de sulfato cúprico ( la solución de Fehling también contiene tartrato de sódico potásico; la de Benedict, citrato sódico, las cuales ayudan a mantener el ion cúprico en solución). La oxidación de un aldehído con el R. de Tollens produce un espejo plata en el ensayo, debido al la formación de plata metálica, mientras que las soluciones de Fehling o de Benedict dan un precipitado rojo de óxido cuproso. Estas pruebas simples permiten distinguir fácilmente aldehídos de cetonas.

RCHO + 2 Ag(NH3)2+ + 2 OH - RCO2

- NH4+ + 2Ag + 3 NH3 + H2O

Aldehído Reactivo de Sal ácida plata

Tollens (incoloro)

RCHO + 2 Cu++( complejo) NaOH RCO2- Na+ + Cu2O

Aldehído Sol. de Fehling (azul) sal ácida precipitado rojo

las cetonas resisten en general a agentes oxidantes pero usando agentes potentes como el HNO3 concentrado y caliente, en tal caso se rompe la molécula en ambos lados del grupo carbonilo originando una mezcla de ácidos. Los aldehídos ( R-CHO y Ar-CHO) y las metilcetonas alifáticas tratadas con una sol. de bisulfito de sodio ( NaHSO3), dan por adición, compuestos cristalizados llamados derivados bisulfíticos ( 12 ).

R - C = O R - C H O - S O 2 N a

N a O H e n e x c e so

R - C R - CO - S O 2N a

H

C H 3C H 3

O H

O

O H

46 PRÁCTICA No 8 Las cetonas que no son metilcetonas como C2H5- CO – C2H5

y las cetonas aromáticas ( acetofenona) no dan positiva la prueba con bisulfito de sodio. Una reacción semejante es la del Reactivo de Schiff, que se obtiene decolorando la fuschina ( o rosanilina), de color rojo magenta, por anhídrido sulfuroso. Un aldehído devuelve el color al reactivo de Schiff, mientras que una cetona lo deja incoloro ( 10 ). MATERIAL - 15 Tubos de ensayo, agitador de vidrio, gradilla. - 2 Goteros, 2 pipetas de 5 ml, espátula. - 3 matraz Erlenmeyer de 50 ml, matraz aforado de 125 ml. - Mechero, anillo, tela de asbesto, soporte - 2 Probetas de 25 ml, pinzas para tubo, baño María ( vaso de 500ml) - Papel filtro, Embudo Buchner, Matraz Kitasato con manguera. . Medidor de punto de fusión Equipo de seguridad:

PROCEDIMIENTO a) Prueba de Tollens Preparación del Reactivo: disolver 0.5g de AgNO3 ( precaución) en 5 ml de agua destilada, se agrega una solución de 0.25g de NaOH en 5ml de agua, al formarse un precipitado de Ag2O, enseguida se añade gota a gota una solución diluida 1:1 de NH4OH, hasta disolver el precipitado formado ( sin exceder). Etiquetar. El reactivo debe usarse recién preparado. Si el reactivo no se usa en las primeras 8 horas debe desecharse, puesto que pude formar compuestos explosivos. Ahora para realizar la prueba en 4 tubos de ensayo se colocan 1ml de las muestras de aldehídos o cetonas y se le adiciona 1.5ml de R. de Tollens, agitar lentamente e introducir en un baño maría de agua caliente durante 10 minutos. Observe y explique. Reacción positiva para aldehídos y negativa para cetonas. Reacción:

R - C - H + 2 Ag(NH3)2OH R - C - O: NH4 + 2Ag0 + H2O

O O

(-) (+)

RESULTADOS:

Muestra Observación Prueba de Tollens + o - Acetona Acetaldehído Benzaldehído Formaldehído o butanona

REACTIVOS - Reactivo de Tollens: ( 0.5g de NaNO3 , 0.25g de NaOH, NH4OH diluido 1:1, 50ml) ver preparación. - Aldehídos y cetonas muestra: - Acetaldehído, benzaldehído, Acetona - formaldehído, etc. - dioxano(3ml), NaOH al 10% ( 1ml ). - Sol. de yodo-yoduro de potasio( disolver 3g de KI y 2g de I en 45 ml de agua) - Sol. de Fehling A y B - Sol. saturada de bisulfito de sodio en etanol. - Sol. de almidón al 10% - Reactivo de Schiff ( ver preparación)

47 PRÁCTICA No 8 b) Prueba con Solución yodo-yoduro de potasio Reactivo: La solución de yodo-yoduro de potasio se prepara disolviendo 3g de KI y 2g de I en 45 ml de agua destilada. Etiquetarlo. En un tubo de ensayo coloque 3 gotas de la muestra o 0.1g si es sólido, añada 2ml de agua; si la muestra no es soluble en agua, agregar 3ml de dioxano. A la mezcla anterior adicione 1ml de NaOH al 10%, y gota a gota ( agitando), añada la solución de I-KI hasta que el color café del KI permanezca. Calentar la mezcla en baño de agua por 2 minutos. Si el color de la mezcla desaparece agregue un poco más de la sol. I-KI. Después de los minutos de calentamiento, decoloro con 3 o 4 gotas de NaOH al 10%, diluyendo con agua hasta casi llenar el tubo, deje reposar. Enfrié en baño de hielo y separe el yodoformo por filtración. Determinar el punto de fusión del yodoformo y compárelo con el reportado ( 119 C). Esta reacción es positiva para las metilcetonas, el único aldehído que da la prueba positiva es el acetaldehído. Repita la prueba para las demás muestras. Reacción:

R - C - CH3 + 3I2 + 3NaOH R - C - C + NaI + 3 H2O

OO

R - C - 0 : Na + H - C -

O(-)

(+)

I

I

I

I

I

I

RESULTADOS:

Muestra Observación Prueba con I-KI + o - Acetaldehído Acetona Benzaldehído Butanona

c) Prueba de Fehling Preparación de los reactivos: aunque las soluciones de Fehling A y B ya se venden preparadas, a continuación se muestra su preparación. Fehlin “A” : disolver 8.66g de sulfato de cobre pentahidratado en agua, aforar a 125 ml) Fehlin “B” : disolver 15g de NaOH y 43.25g de sal de Rochelle (tartrato de sodio-potasio) en agua y aforar a 125 ml. En los tubos de ensayo coloque 0.5ml de la muestra problema, prepare un baño de agua con un vaso de pp. de 500ml y cuando este hirviendo el agua introduzca los tubos por un espacio de 10 minutos, saque los tubos y observe la formación de un precipitado rojo de coloración de la solución ( prueba positiva). En general, los aldehídos y los monosacáridos dan la prueba. Reacción general:

R - C - H + 2 Cu +2 R - C - O: Na + Cu2O

O

(-) (+)

O

48 PRÁCTICA No 8 RESULTADOS:

Muestra Observaciones Prueba de Fehling + o -

d) Prueba con bisulfito de sodio Preparación del reactivo: Sol. saturada de bisulfito de sodio en etanol Sol. de almidón al 10% En cada tubo introduzca una gota de la muestra y una gota de la sol. de bisulfito de sodio, agregue 4 gotas de agua, agite y deje reposar unos 5 minutos. Agregue una gota de solución de almidón. La prueba será positiva si permanece una coloración azul y esto nos indicara la presencia de aldehídos o cetona. RESULTADOS:

Muestra Observaciones Prueba con Bis. de sodio + o - Acetaldehído Etanol Acetona Benzaldehído

e) Prueba de Schiff Preparación del reactivo: Añada 0.5 g de bisulfito y 0.5ml de HCl conc. a una solución ( con 0.05g de clorhidrato de p-rosanilina o fuschina en 25ml de agua) y aforar a 50 ml de agua destilada Tome 4 tubos de ensayo y coloque según la tabla 0.5 ml de las muestras, a cada tubo agregue unas 3 gotas de R. de Schiff. Observe. Esta prueba es positiva para los aldehídos, dando una coloración violeta o rosa azulosa. La acetona da un ligero color rosa, pero es negativa para las demás cetonas. RESULTADOS:

Muestra Observaciones Prueba de Schiff + o -

CONCLUSIONES:

49 PRÁCTICA No 8 CUESTIONARIO: 1. En el experimento ¿Cómo identifico un aldehído de una cetona? 2. Para la cetona ( butanona ) ¿Qué resultado esperaría de la prueba de yodo-yodurode potasio? 3. En la prueba de Fehling se trabajo con compuestos que contienen cobre, investigue la toxicidad de los iones Cu+ y Cu++. 4. Complete la siguiente reacción.

CH3 - C - H + CH3OH HCl

O

5. Complete la siguiente reacción:

C

O

CH3 + CH3MgI H+

H2O

BIBLIOGRAFÍA CONSULTADA:

50 PRÁCTICA No 8


ALDEHÍDOS O CETONAS

Prueba de Tollens

Espejo de plata

Confinar para posterior recuperación de la plata

Prueba de sol. yodo- KI

Mezcla color café, yodoformo y sal

neutra NaOH al 10%

a) decolorar con NaOH al 10% b) Diluir con agua c) Enfriamiento y filtración

Yodoformo Mezcla de sol. de KI, Ac. Orgánico, NaI,

hipoyodito.

filtrar

Sólido, incinerar

Solución, absorber con carbón act., neutralizar y desechar, el carbón mandarlo a incinerar

Prueba de Fehling Mezcla con precipitado de óxido cuproso, sales de esteres.

Separar, filtrar

Solución, mandar a incinerar

Sólido, mandar a recuperar

Prueba de bisulfito de sodio Derivados

bisulfíticos

Mandar a incineración


PRÁCTICA No 9 OBTENCIÓN DE UN ALDEHÍDO OBJETIVO:

• Realizar la obtención del butanal a partir de una oxidación de un alcohol e identificar la presencia del producto por una reacción característica o un derivado.

INTRODUCCIÓN En condiciones adecuadas, los alcoholes primarios pueden oxidarse dando aldehídos y los alcoholes secundarios pueden oxidarse dando cetonas. Las reacciones anteriores pueden considerarse como deshidrogenación. Para el caso de los aldehídos el proceso de obtención es complicado, debido a que éstos se oxidan con facilidad en comparación con los alcoholes. En consecuencia, cuando en la reacción se a formado el aldehído, sufre una nueva oxidación para dar un ácido carboxílico. Por lo tanto, hay que alejar el aldehído de la zona de oxidación para impedir su oxidación a ácido. Para lograr lo anterior, en el caso de aldehídos de punto de ebullición bajo , la oxidación se lleva a cabo con solución de permanganato de potasio o dicromato de potasio. Como los aldehídos hierven a temperaturas más bajas que los alcoholes correspondientes, el aldehído puede destilarse eliminándolo de la mezcla, a medida que se va formando, así se evita su oxidación. La preparación del acetaldehído por éste método se ilustra en la siguiente reacción ( 10 ) :

CH3 -CH2-OH + k2Cr2O7 CH3 - C =O

HH2SO4

Alcohol 10 p.e.= 78 0C Acetaldehído p.e.= 210C

Para aldehídos de punto de ebullición más altos, que no pueden destilarse de la mezcla que reacciona, la oxidación se logra pasando el vapor de alcohol encima de cobre metálico entre 200 y 300 C. El tiempo de contacto del aldehído en la zona de oxidación caliente es muy breve, y queda reducida al mínimo la oxidación adicional para dar ácido ( 3 ). MATERIAL - Equipo Quickffit: - T de destilación, refrigerante, matraz balón de 100ml - Columna vigreaux empacada con tubos de vidrio o lana de vidrio - Embudo de separación, mangueras, tubo para termómetro. - Pinzas para matraz, pinzas de tres dedos con nuez, dos soportes. - 2 Vasos de pp. de 125ml, 2 matraz Erlenmeyer de 100ml, mechero. - Embudo de separación limpio y seco, embudo Buchner, M. Kitasato. - Papel filtro, 2 tubos de ensayo, gradilla, vidrio de reloj, tubo capilar. - Tela de asbesto, Termómetro,

REACTIVOS - Dicromato de potasio dihidratado 3.8g - butanol 3.2ml - etanol 15ml - ácido sulfúrico conc. - Reactivo de 2,4 –dinitrofenilhidracina ( ver preparación práctica No 2 ) - Sulfato de sodio anhidro ( 0.5g) - Reactivo de Schiff

Protección personal

52 PRÁCTICA No 9 PROCEDIMIENTO Monte el aparato de la figura 9. en el matraz de 2 bocas se coloca un embudo de separación ( del Quickffit) y en la otra boca la columna de vigreaux (B) rellena de trozos de tubos de vidrio o lana de vidrio. Tome un vaso de precipitados de 125ml coloque 3.8g de dicromato de potasio dihidratado en 12.5 ml de agua. Añada con cuidado y agitando 4ml de H2SO4 concentrado; si es necesario caliente un poco para disolver el reactivo. Esta solución preparada, viértala con cuidado al embudo de separación (C).

C

A

B

T e r m ó m e t r o

T u b o p a r a t e r m ó m e t r o

T p a r a

d e s t i l a c ió n

Figura 9. Destilación fraccionada Caliente en el matraz de dos bocas 3.2 ml de butanol ( 2.59g), con llama suave, hasta que los vapores del alcohol lleguen a la columna (B). Entonces agregue gota a gota la solución de dicromato –ácida ( 2 gotas/segundo), de tal forma que la temperatura en la parte superior de la columna no pase de 88-85 C y no baje a menos de 75C, reciba el destilado en el matraz (D), sumergido en un baño de hielo-sal. Si la temperatura llegara a bajar a menos de 75 C caliente suavemente con mechero o manta. Al terminar la adición de la mezcla crómica, cierre la llave del embudo de separación y continué calentando suavemente por 15 minutos y colecte la fracción destilada por debajo de 90 C. Trasfiera el aldehído a un embudo de separación limpio y seco, por decantación separe la fase acuosa de la del butiraldehído. Seque el producto con 0.5g de sulfato de sodio anhidro durante 15 minutos, filtre para separar el sulfato. Mida el volumen del butanal y calcule el rendimiento. La densidad del butanol= 0.810, la densidad del butiraldehído (butanal ) es = 0.800. Identificación del Aldehído a) Con un tubo capilar tome una muestra tome una muestra del butiraldehído y colóquela sobre un vidrio de reloj, añada dos gotas de etanol y una gota de reactivo de Schiff ( práctica anterior). Una coloración violeta indicará la presencia del aldehído.

53 PRÁCTICA No 9 b) en un tubo de ensayo coloque 0.5ml de reactivo 2,4 – dinitrofenilhidracina y adicione 2 gotas del aldehído producto, agite vigorosamente. Deje reposar unos 5 minutos precipitará el derivado del aldehído, el cual se purifica por cristalización en etanol-agua. El punto de fusión de referencia para este 2,4- dinitrofenilhidrazona del butiraldehído es de 122 C. RESULTADOS: CUESTIONARIO: 1. Escriba el mecanismo de reacción para la reacción de obtención del butiraldehído. 2. ¿Por qué es tan importante controlar la temperatura en esta práctica? 3. ¿Se podría aplicar este método de obtención de aldehídos para alcoholes secundarios o terciarios? ¿Por qué? 4. Investigar los principales usos de los siguientes aldehídos. Formaldehído: Acetaldehído: Propionaldehído: Butiraldehído: 5. En el caso de un mal control de la reacción y formación de Ac. Carboxílico. ¿Cómo lo identificaría? CONCLUSIÓN: BIBLIOGRAFÍA CONSULTADA:

54 PRÁCTICA No 9


BUTANOL

a) Calentar, destilación fraccionada b) Adicionar K2Cr2O7 / H2SO4

Mezcla de reacción

c) Destilar 75-90 C

Residuo Destilado

Mezcla de butanal + agua

Mezcla ácida H2SO4 + cromo y sulfatos

Transformar el Cr+6 a Cr+3, agregando bisulfito de sodio y precipitar con NaOH, filtrar,

neutralizar la solución y el sólido y confinarlo

e) Separar las fases en embudo

Butiraldehído

Agua

Fase acuosa Fase orgánica

e) Secar con sulfato f) Filtrar

Sólido Líquido

Sulfato de sodio

anhidro

Butiraldehído Desechar al drenaje

2,4- dinitrofenilhidrazona

Sólido, mandar a incinerar

Al líquido, adicionar carbón activado, hasta eliminar color naranja


PRÁCTICA No 10 OBTENCIÓN DE UNA CETONA OBJETIVO:

• Sintetizar una cetona ( ciclohexanona ) a partir de la oxidación de un alcohol secundario. • Identificar el producto obtenido por medio de la formación de un derivado.

INTRODUCCIÓN La oxidación de los alcoholes secundarios forman cetonas, las cuales son más fáciles de oxidarse con buenos rendimientos, ya que a diferencia de los aldehídos, resisten las reacciones de oxidación posteriores. Las cetonas son muy resistentes a una oxidación posterior , excepto en condiciones extremas, y la oxidación del alcohol secundario se interrumpe muy claramente en la etapa de cetona. Lo anterior se ejemplifica en las siguientes reacciones ( 10 ):

C H 3 - C H - O H + K 2 C r 2 O 7 C H 3 - C - C H 3

C H 3

H 2 S O 4

A l c o h o l i s o p r o p í l i c o a c e t o n a

O H

+ C u 3 0 0 0 C

O

C i c l o h e x a n o l C i c l o h e x a n o n a

C H O H C H 3

+ K M n O 4 O H -

C - C H 3

O

1 - F e n i l e t a n o l A c e t o f e n o n a

O

En esta práctica se efectuará la oxidación del alcohol correspondiente por medio de hipoclorito de sodio en presencia de ácido acético glacial:

OOH

NaClO

CH3 - COOH + CH3 - COOH + NaCl1)

2) + N

O NH2

H

NO2

NO2

N

N

H

NO2

NO2

56 PRÁCTICA No 10

MATERIAL - Matraz Erlenmeyer de 250 ml y de 125 ml - Embudo de separación ( Quickfit), Termoagitador - Tapón monohoradado para M. Erlenmeyer de 250ml - Probeta de 50ml, probeta de 5 ml, pipeta de 10 ml.. - Matraz Kitasato, Embudo Buchner, papel filtro. - 2 soportes, mechero, tela de asbesto, anillo, mangueras. - 2 tubos de ensayo, gradilla, embudo de separación, gotero. - Equipo de destilación ( Quickfit ): - Matraz bola de 250ml, Adaptador para destilación - Tubo para termómetro, refrigerante, termómetro - Pinzas para matraz, pinzas de tres dedos con nuez - Espátula, tapón sin horadar para el matraz de 250ml. - Baño de hielo Protección de seguridad: Bata, gógles y guantes.

PROCEDIMIENTO: En un matraz Erlenmeyer de 250ml adapte un embudo de separación ( Quickfit) que contenga 40ml de una solución de hipoclorito de sodio al 11%. En el interior del matraz Erlenmeyer coloque 5ml de ciclohexanol y 3ml de ácido acético glacial, mezcle las dos sustancias. Tapé el matraz con el tapón y embudo de separación, abra la llave del embudo de separación y por goteo adicione la sol. de NaClO, manteniendo el sistema sobre el termoagitador a una temperatura entre 40 – 45 C. Terminada la adición, la solución debe tener un color amarillo-verdoso y dará positiva la prueba del papel yoduro-almidón. Si después de la adición del NaCl, la sol. no es del color mencionado, adicione un poco más del hipoclorito hasta que el color sea constante, verifique con el papel yoduro-almidón. Posteriormente agregue el exceso de 5ml de NaClO a la reacción, tape el matraz con el tapón y agite unos 30 minutos a temperatura ambiente. Una vez pasados los 30 minutos y manteniendo la agitación ( sobre el agitador magnético) agregue 2ml de una sol. saturada de bisulfito de sodio hasta decolorar la mezcla de reacción , o hasta reacción negativa con el papel yoduro-almidón. Posteriormente añada con agitación 12 ml de sol. acuosa de NaOH ( al 24% o 6 M), hasta que el pH sea básico ( compruebe con el papel pH ). Prepare el equipo de destilación simple (Quickfit), figura 10, y trasfiera el contenido del matraz Erlenmeyer al matraz de bola de 250 ml y destile la mezcla, recibiendo los primeros 30 ml del destilado en un matraz Erlenmeyer de 125 ml. Añada al destilado 5g de NaCl sólido y agite la solución en la parilla magnética por 10 minutos. Decante para separar el sólido del líquido, transfiera este último a un embudo de separación y separe las fases. A la fase orgánica agregue 5g de sulfato de sodio anhidro para secar. Filtre y separe el producto, etiquete.

REACTIVOS: - NaOCl al 11% ( 50 ml ), Ciclohexanol (5ml) - Ac. Acético glacial (3ml) - Papel yodo-yodurado - Sol. saturada de bisulfito de sodio - NaOH al 24% o 6M, NaCl (5g) - CrO3 (1g) - Reactivo de 2,4-dinitrofenilhidracina ( 5 gotas ) ( disolver 1g del compuesto en 50ml de etanol y agregue 5 gotas de H2SO4) - Sulfato de sodio anhidro (5g) - H2SO4 conc. (1 ml)

57 PRÁCTICA No 10

Figura 10. Destilación simple Pruebas de identificación. a) Reactivo de 2,4-dinitrofenilhidracina. En un tubo d ensayo coloque 5 gotas del reactivo y agregue 2 gotas del producto( ciclohexanona ), enfríe en baño de hielo y provoque la formación de cristales raspando las paredes del tubo. b) Reactivo de Jones. Para preparar este reactivo, tome una probeta de 5ml o matraz aforado de 3ml, añada 1g de CrO3, agregue 1ml de H2SO4 conc. y diluir a 3ml con agua destilada, etiquételo ). En un tubo de ensayo coloque 1 ml de reactivo de Jones y una gota de producto. El cambio de coloración de verde-azulosa indicará la presencia de materia prima ( cliclohexanol ) en el producto ( 5). RESULTADOS: CONCLUSIONES:

58 PRÁCTICA No 10

CUESTIONARIO: 1. Escriba el mecanismo de reacción de la obtención de ciclohexanona. 2. ¿Cómo identificó el producto obtenido? 3. ¿Qué otros oxidantes se pueden usar en el experimento? 4. ¿Cómo se percató, si todo el ciclohexanol fue oxidado en la reacción? 5. ¿Con qué prueba asegura que ya no existe más oxidante en la mezcla de reacción? 6. Investigar los usos industriales del producto obtenido ( ciclohexanona) BIBLIOGRAFÍA CONSULTADA:

59 PRÁCTICA No 10


Ciclohexanol + AcOH

a) Adicionar NaCl, b) agitación a 40-50 C c) Exceso de NaClO, prueba de papel yoduro

Mezcla

d) Agregar sol. saturada de NaHSO3 e) NaOH al 24% f) Destilación simple

Residuo Destilado

Ciclohexanona +

agua

NaCl, Agua, CH3-COOH

Verificar el pH a neutro, y desechar por drenaje

g) Añadir NaCl, h) Agitar 15 min. i) Decantar

Sólido Líquido

NaCl Desechar al drenaje Ciclohexanona ,

NaCl, Agua

j) Separar en embudo

F. orgánica F. Acuosa

Ciclohexanona +agua

Mezcla de NaCl en agua

k) Agregar sulfato de sodio l) filtrar

( Na2SO4 +agua) Agregar agua y ajustar a pH=7, filtre; desechar el líquido y recuperar el

sulfato

Líquido Sólido

Desechar al drenaje

Ciclohexanona


PRÁCTICA No 11 ESTERIFICACIÓN DE FISCHER OBJETIVOS:

• Observar un ejemplo de la reacción de esterificación de Fischer entre un alcohol y un ácido carboxílico para obtener el acetato de etilo.

• Observar algunas propiedades de los ésteres. INTRODUCCIÓN Los ésteres de cadena no muy grande son líquidos de olor a frutas para los primeros términos de la serie alifática (formiato de etilo, acetato de etilo y de amilo, butiratos de etilo, etc.) y numerosos ésteres de la serie aromática se utilizan por su perfume. Los ésteres están dotados de una gran reactividad química. En la mayor parte de las reacciones su molécula se rompe dando los radicales:

R - C -

O

- O - R'

acilo alcoxilo

Los ésteres son considerados como las sales alcohólicas, tanto de ácidos inorgánicos como de los ácidos carboxílicos. Los ésteres líquidos se han empleado como sustitutos de esencias de algunas frutas debido a su olor agradable ( 7 ). Se sabe que cuando se pone en contacto un base inorgánica con un ácido inorgánico ( reacción de neutralización ), se forma agua y la sal correspondiente, de una manera cuantitativa. En cambio, si se mezclan un alcohol con un ácido carboxílico, la reacción no se verifica de manera sencilla y completa como la indica la ecuación de abajo. La velocidad de formación de la sal disminuye continuamente hasta llegar a un estado en el que, aparentemente, ya no hay formación del éster; el sistema se encuentra en estado de equilibrio. Frecuentemente el equilibrio es desfavorable para la formación de la sal. Se puede favorecer la esterificación empleando un exceso de algunos de los reactivos o eliminando alguno de los productos. La esterificación de Fischer en presencia de un ácido fuerte presenta la ventaja de aumentar la velocidad de reacción y mejora el rendimiento de por desplazamiento de equilibrio en el sentido de la formación del éster ( 8 ). Reacción:

CH3 - CH2-OH + CH3 - C -OH CH3 -C-O-CH2-CH3 + H2O

O O

61 PRÁCTICA No 11 MATERIAL - Equipo de destilación Quickfit: - Matraz de dos bocas, T o adaptador para destilación - Refrigerante con mangueras, tubo para termómetro. - 2 soportes, anillo, rejilla, mechero, embudo de separación - Pinzas para matraz, pinzas de tres dedos con nuez - Perlas de ebullición, 2 vasos de 50ml,. - Pipeta de 5ml, propipeta, papel pH - 2 Probetas de 50 ml, matraz Erlenmeyer de 125ml, espátula. Equipo de seguridad: Gógles, Guantes, Campana.

PROCEDIMIENTO: Tome una probeta de 50ml y dentro de la campana mida 20ml de etanol, vacíe a una vaso de precipitados etiquetado. En otra probeta mida 15 ml de ácido acético y transfiéralo a un vaso etiquetado. Monte el equipo de la figura 11 y transfiera dentro del matraz de dos bocas el contenido del vaso con etanol, adicione también el ácido acético. Coloque el matraz en el equipo de destilación y ajuste el bulbo del termómetro a la altura de la conjunción de la T de destilación.

M a tr a z d e d o s b o c a s

E m b u d o d e s e p a r a c ió n

T d e d e s t i l a c ió n

R e f r ig e r a n t e

T e r m ó m e tr o

Figura 11. Equipo de destilación simple para obtención de acetato de etilo. A una pipeta serológica de 5ml, inserte un propipeta y dentro de la campana, haciendo presión negativa mida 2.5 ml de ácido sulfúrico. Deslice el H2SO4 en el embudo de separación, inserte este último en el matraz de dos bocas. Abra la llave del agua para llenar el refrigerante, anote la temperatura inicial de la destilación, adicione lentamente el ácido sulfúrico. Caliente a flama suave y anote la temperatura a la que empieza el destilado, colecte el destilado mientras la temperatura permanezca constante. Interrumpa

REACTIVOS - Bicarbonato de sodio - Etanol (20ml) - Ac. Sulfúrico ( 2.5ml) - Vaselina - Ac. Acético glacial ( 15ml) - Papel pH

62 PRÁCTICA No 11 la destilado cuando vea un rápido cambio en la temperatura. Identifique el producto, caracterizando suavemente el olor. Mida el pH y el volumen obtenido. Calcule el rendimiento. Obtenga los datos de las densidades del etanol y Ac. acético de los frascos de reactivos, para los cálculos del rendimiento. RESULTADOS: CUESTIONARIO: 1. Escriba el mecanismo de reacción para obtención del acetato de etilo. 2. Investigue los usos y propiedades físicas del producto obtenido. 3. Analizando la estequiometría de la reacción ¿qué reactivo fue el exceso?, ¿Con qué finalidad? 4. Investigue el código NFPA( rombo de colores ) y la solubilidad para el acetato de etilo. CONCLUSIONES: BIBLIOGRAFÍA CONSULTADA:

63 PRÁCTICA No 11


Etanol + Ac. acético

a) Adición de H2SO4

Mezcla de reacción

b) destilación

destilado Residuo

Acetato de etilo Mezcla ácida ( H2SO4) +

agua, con restos de etanol o Ac. acético

Neutralizar los residuos ácidos con bicarbonato de sodio

al 30%

Pequeñas cantidades se pueden evaporar en la campana, cantidad considerable, si no se purifica es preferible

incinerar.


PRÁCTICA No 12 OBTENCIÓN DEL ÁCIDO BENZOICO OBJETIVO: Preparar el ácido benzoico a partir de una reacción de oxidación de una cetona usando hipoclorito de sodio comercial. INTRODUCCIÓN El ácido benzoico es el más sencillo de los ácidos aromáticos existentes, bien en estado libre o en forma de ésteres en ciertas plantas y en las resinas. El ácido benzoico es una sustancia cristalizada blanca ( p.f. = 121 C, p.e.= 249 C, inodora cuando está pura. Es poco soluble en agua fría ( 2g/l); mucho más soluble en agua caliente. Se sublima fácilmente y es arrastable por vapor de agua. El benzoato de sodio es un derivado muy utilizado como conservador de alimentos y productos medicinales debiendo encontrarse en medio ácido ( pH= 4.5 ) para que resulte efectivo. También usado como expectorante. En la producción en laboratorio de ácido benzoico se pueden usar varios métodos, síntesis a partir de benzaldehído pasando por benzoato potásico; por medio de la hidrólisis de nitrilos y la oxidación del etilbenceno. En esta práctica se obtendrá por oxidación de una metil-cetona, usando como catalizador el hipoclorito de sodio. Reacción:

O

CH3 C

+ NaOCl + HCCl3 + NaClHCl

O

CO

H

Acetofenona hipoclorito de sodio Ac. benzoico cloroformo

En el transcurso de la reacción se forma ácido cloroso que actua como reactivo electrófilo, el cual ataca a intermediarios carbaniones de la acetofenona para producir el cloroformo y el benzoato de sodio, este último en presencia de ácido clorhídrico forma el ácido benzoico y cloruro de sodio. MATERIAL - Matraz Erlenmeyer de 250ml, probeta de 50ml, M. Kitasato. - Embudo Buchner, agitador de vidrio, pipeta de 5ml, baño maría - Baño de hielo, espátula, 2 vasos de 100ml. - Equipo de destilación simple ( Quickfit ): - Matraz de bola de 250ml, T de destilación, Refrigerante - Tubo para termómetro, termómetro, 2 soportes, anillo. - Pinzas para matraz, pinzas de tres dedos con nuez, mechero - Rejilla, matraz Erlenmeyer receptor del destilado.

REACTIVOS - Sol. de NaClO comercial ( 80 ml) - Acetofenona ( 2ml ) - Acetona ( 2ml ) o Bisulfito de sodio - HCl diluido 1:1 ( 200ml) - Papel pH - Agua destilada

65 PRÁCTICA No 12 Material de seguridad: Gógles, guantes y Campana extractora.

PROCEDIMIENTO: En un matraz Erlenmeyer de 250ml vierta 80ml de NaClO grado comercial ( sol. al 5 o 6%), añada 2ml ( 2.06g) de acetofenona ( metil fenil cetona ). Tape el matraz y agite vigorosamente por 50 minutos. Posteriormente transfiera el contenido del matraz a el matraz de bola del equipo de destilación ( figura 12. ) y destile el cloroformo producido( p.e.= 61.2 C), usando un baño María. Posteriormente agregue a la mezcla 1ml de acetona o bisulfito de sodio para eliminar el exceso de hipoclorito de sodio y vuelva a colocar el matraz de bola en le baño maría y caliente por otros 10 minutos. Espere a que se enfríe un poco y desmonte el equipo de destilación, si la solución no es clara decolore con carbón activado(1g) y filtre. A la solución filtrada agregue HCl diluido 1:1 hasta un pH=1, la acetofenona que no a reaccionado es insoluble en agua, sepárela por decantación del mismo matraz o en un embudo de separación. Enfríe la solución a temperatura ambiente y enseguida en un baño de hielo hasta que se formen los cristales de producto. Filtre el sólido (cristales) en papel filtro con embudo Buchner, sobre matraz Kitasato. Purifique el producto recristalizando en agua caliente, si queda aun más restos de acetofenona decante y luego enfríe en baño de hielo para recristalizar. Filtre sobre papel ( previamente tarado ) y calcule el rendimiento y su punto de fusión.

Figura 12. Equipo de destilación simple para eliminar el cloroformo y concentrar el producto. RESULTADOS:

66 PRÁCTICA No 12 CUESTIONARIO: 1. Investigue otro método de obtención de ácido benzoico, escriba la reacción general. 2. Investigue a nivel industrial los usos del ácido benzoico. 3. ¿Cómo se considera la acidez del ácido benzoico en relación a los ácidos carboxílicos alifáticos? 4. ¿Cuál es la toxicidad de la acetofenona y del ácido benzoico? CONCLUSIONES: BIBLIOGRAFÍA CONSULTADA:

67 PRÁCTICA No 12


Hipoclorito de sodio +

Acetofenona

a) Agitar fuertemente por 50 minutos b) Destilar el cloroformo formado

Mezcla de reacción

Acetona

Cloroformo

c) Baño María 10 Minutos d) Si procede, decolorar con carbón activado e) Añadir HCl diluido, hasta pH=1 f) Enfriar y cristalizar en baño de hielo g) Filtrar

Sólido Líquido

Cristales de Ac. benzoico Mezcla de NaCl y restos

de producto

Si existen sólidos, filtre. La solución neutralizarla con NaOH y deseche por drenaje

En pequeñas cantidades se evapora en la campana, en caso de cantidades considerables, recupere, o mezclar con queroseno para ser incinerado en equipo especial.

68 BIBLIOGRAFÍA: 1. Moore J.A. and Dalrymple D.L. Experimental Methods in Organic Chemistry 3rd Ed. W.B. Saunders Co. 1990 2. John McMurry Química Orgánica Quinta edición, Thomson 2001 3. Domínguez Sepúlveda, Xorge Química Orgánica experimental Tercera edición, Limusa 1992 4. J. Ávila, C. García. F. León Química Orgánica con enfoque Ecológico Primera edición, UNAM 2001 5. Hudlicky M. Laboratory Experiments in Organic Chemistry 3rd Ed. Avery Publishing Group Inc. 1989 6. William S. Seese Basic Chemistry Laboratory Experiments Seventh Edition, Prentice Hall, 1988 7. M. Fox y J. Whitesell Química Orgánica Segunda edición, Pearson 2001 8. Fessenden R.J. Fessenden J.S. Química Orgánica Tercera edición, Iberoamericana 1995 9. Brewster R.Q., Vander Werf C.A. y Mc. Ewen Curso Práctico de Química Orgánica Tercera edición, Alambra 1998 10. D.j. Burton j.l. Routh Química Orgánica y Bioquímica McGraw Hill, México 1995.

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Ing. J. Trinidad Ojeda Suárez Julio de 2002

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Manual de Laboratorio Quimica Orgánica II