Cuestionarios organica (FINAL).docx

FES ZARAGOZA LABORATORIO DE QUIMICA ORGANICA

GRUPO 2305 Atenco Barrales Edwin Calderón Aragon Brian Hernández Hernández Naima Abigail Loranca Sánchez Diana Blenda Ortega López Arturo Peña Gómez Moises Aaron Perea Ramos Ruben Osvaldo Ramírez Jhovani Torres Ruíz Karen Vazquez Castillo Meelissa CUESTIONARIOS SOBRE EXTRACCION Y DESTILACION POR ARRASTRE DE VAPOR

CUESTIONARIO EXTRACCIÓN PURIFICACIÓN E IDENTIFICACION DE CAFEINA A PARTIR DE UN PRODUCTO COMERCIAL: TÉ NEGRO.

1)Por medio de la fusión alcalina además de nitrógeno ¿qué elementos pueden ser identificados? Escriba todas las reacciones que se llevan a cabo con cada uno de los elementos Los distintos elementos que integran un compuesto orgánico se encuentran en él, en general, en forma de átomos Unidos por enlaces covalentes y no de iones. Su identificación, de acuerdo con la metodología propia de análisis interno orgánico (el procedimiento más sencillo y rápido) exige su ionización previa, lo que se consigue con facilidad por fusión del compuesto problema con sodio metálico. Por ejemplo, en el caso del ácido 4- ánimo-3-bromobencenosulfonico. Al disolverse disolverse en agua la masa masa resultante resultante de la fusión, fusión, se obtiene obtiene una disolución disolución de cianuro, sulfuro y bromuro sódicos a la que pueden aplicarse métodos convencionales al análisis inorgánico. Por consiguiente, el problema de dictaminar dictami nar sobre la presencia de nitrógeno, azufre, cloro, bromo y/o yodo siguiente puesto orgánico (carbono e hidrógeno, son habituales en compuestos orgánicos y se dan por supuestos se reduce a identificar los iones cianuro sulfuro cloruro bromuro y/o yoduro, en la disolución acuosa alcalina resultante de la fusión. El esquema general es el siguiente: 1

2.- ¿Cuál es la razón de agregar carbonato de calcio durante el reflujo de las hojas del té negro? Si hay reacción escríbala. La cafeína se aísla a partir de las hojas del té y otras sustancias naturales de las cuáles debemos separarla. El principal componente de las hojas del té, es la celulosa que es un polímero de la glucosa y es insoluble en agua, por lo que no es un problema en el procedimiento de aislamiento. La cafeína por otro lado es soluble en agua. Los taninos también se disuelven en el agua caliente utilizada para extraer

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Prácticas de química orgánica/ por P. P . Molina Buendía... (et.al) Murcia: Universidad, Secretariado de publicaciones. 1989

la cafeína de las hojas del té. El término tanino no hace referencia a un único compuesto homogéneo, son compuestos fenólicos que tienen pesos moleculares entre 500 y 3000. Los taninos precipitan alcaloides y proteínas de disoluciones acuosas estos se dividen en dos grupos: los que se hidrolizan y aquellos que no. Los taninos que se hidrolizan que se encuentran en el té producen glucosa y ácido gálico cuando se hidrolizan. Estos presentan estructuras en las que algunos de los grupos hidroxilo de la glucosa han sido esterificados por grupos ligaloilo. Los taninos no hidrolizables encontrados en el té son polímeros de la condensación de la catequina. Estos polímeros no son uniformes en su estructura; las moléculas de catequina se unen a las posiciones 4 y 8.

Cuando los taninos son extraídos con agua caliente algunos de estos compuestos son hidrolizados parcialmente para formar ácido gálico libre. Los taninos debido a sus grupos fenólicos, y el ácido gálico debido a su grupo carboxilo, son ambos ácidos. Si el carbonato de calcio, una base se adiciona al agua del té, estos ácidos se convierten en sus sales que son muy solubles en agua. Aunque la cafeína es soluble en agua es mucho más soluble en el disolvente cloruro de metileno. La cafeína puede extraerse de la disolución básica del té con cloruro de metileno, mientras que las sales de ácido gálico permanecen en la fase acuosa. 1

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Prácticas de química orgánica/ por P. Molina Buendía... (et.al) Murcia: Universidad, Secretariado de publicaciones. 1989

3.- Una disolución acuosa que contiene cafeína ha de extraerse en la forma completa posible con 30mL de cloroformo ¿Emplearía todo el cloroformo en una extracción o realizaría tres extracciones de 10mL? Explique su elección en función al coeficiente de distribución. Cuando una solución acuosa de una sustancia se agita con un disolvente orgánico O en el que la sustancia es algo soluble, se disuelve parcialmente dichos disolventes (Ca y Cw) son directamente proporcionales a las solubilidades en los dos disolventes a una temperatura dada (So y Sw). La relación de las concentraciones del soluto en los dos disolventes, una vez alcanzado el equilibrio se denomina coeficiente de reparto o coeficiente de distribución KD. Cuando se mezclan volúmenes iguales de disolventes el coeficiente de distribución es: en el equilibrio, a P y T constantes, la relación de concentraciones de un soluto entre dos fases inmiscibles es constante, siempre que dicho soluto se encuentre en la misma forma en ambas fases”. Se utiliza la constante de distribución, KD que corresponde a una relación de concentraciones molares. KD = Donde: A = soluto distribuido entre la fase

acuosa a y la fase orgánica. La constante de distribución es proporcional a la solubilidad relativa del soluto en ambas fases. 2

2

Ray Q. Brewster curso de química orgánica experimental. España, editorial Alhabama. 1974. página. 19, 20.

4.- ¿Que problemas pueden surgir al intentar filtrar una solución etérea a presión reducida? Que otras técnicas pueden usarse Debido a que el éter tiene un punto de ebullición bajo y al utilizar presión reducida el punto de ebullición bajara aún más, lo que puede pasar es que se descomponga la solución, se congele o explote. 2 5.- ¿Tiene algún inconveniente agregar las piedras de ebullición al líquido caliente? Las piedras de ebullición son cuerpos porosos que ayudan a controlar la ebullición de alguna solución puesta en calor. Se recomienda poner los cuerpos de ebullición antes de calentar el líquido para evitar sobresaltos 3 6.- En un diagrama de presión de vapor vs temperatura. ¿Cómo explicaría usted que el estado líquido no exista cómo intermediario en la sublimación? Muchos sólidos presentan una presión de vapor discernible y medible. La presión de vapor de equilibrio de un sólido, conocido como presión de sublimación es totalmente análoga a la de vapor saturado de un líquido. Para cualquier solido dado la presión de vapor es cte. a cierta temperatura establecida, y el proceso va acompañado de una absorción de calor llamada de sublimació n ∆Hs y por un cambio de volumen ∆Vs=Vg -Vs donde Va es el volumen molar del sólido, que si lo suponemos despreciable en relación con Vg y también que el vapor se comporta como un gas ideal, entonces la variación de la presión de sublimación de un sólido con la temperatura está dada por la ecuación de Clapeyron a una temperatura dada la sublimación de un sólido es equivalente a la fusión del sólido y la vaporización del líquido que resulta. 3

2

Ray Q. Brewster curso de química orgánica experimental. España, editorial Alhabama. 1974. página. 19, 20. 3

A.Weissberger, Physical Methods of Organic Chemistry, interscience New york 1959. Capítulos 7,8 y 9

7.- ¿Cómo podría determinar el punto de fusión de la cafeína en el laboratorio? ¿Qué variables controlaría? El tubo de thiele se controla la temperatura cromatografía, impurezas. 3,4

utilizando

un

disolvente

ideal

(polaridad)

para

determinar

8.- ¿A qué se debe que cuando en una substancia se encuentran impura, su punto de fusión se altere? Si un soluto tiene una presión de vapor medible, la presión de vapor de su disolución siempre es menor que la de la sustancia pura.

3,4

A.Weissberger, physical methods of Organic Chemistry, interscience New york 1959. Capítulos 7,8 y 9. 4.Fundamentos de fisicoquímica. Samuel H. Maron. Editorial Limusa

México. 1977.

Consecuentemente, a medida que el número de componentes de la solución crece la fracción molar y la presión en la solución de cada uno de ellos va decreciendo Como la presión de vapor es afectada, el punto de fusión también es afectado.

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9.- En caso de que usted tenga una sustancia que se pueda purificar por sublimación y usted no quiere utilizar este método. ¿Cuál elegiría, con base a qué? En caso de tratarse de un sólido, la técnica más sencilla a utilizar sería una cristalización, ya sea por disolvente ideal o por par de disolventes, y en caso de ser un líquido se emplearía una destilación, la cual sería acorde con las características del mismo.2 10.- Como puede determinarse los puntos de fusión del benceno (5.5°C), dioxano (11.8°C) y orto benzoato de metilo (-12.4°C) Se usó un montaje Thiele, se introdujo una pequeña muestra A en un tubo capilar a la varilla del termómetro y se calentó en baño maría en forma continua y lentamente, los líquidos utilizados para baño deben ser estables y con punto de ebullición alto, es por tal que la muestra solida comenzó a fundirse conforme se realiza un calentamiento respectivo. La temperatura se midió mediante termómetro se anota el intervalo cuando la muestra A comenzó a fundirse hasta el término. 4 11.-La solubilidad de un compuesto “X” es: 100g/L en agua y 450 g/L en éter a 25°C, si el éter es usado para extraer el compuesto “X” de una disolución acuosa, ¿Cuál es el coeficiente de distribución? 2.-

/ = 4.5g /

12.- se tiene las siguientes expresiones:

 = …………..1 

Si C1 > C2

KD

Ray Q. Brewster curso de química orgánica experimental. España, editorial Alhabama. 1974. página. 19, 20. 2

4

Fundamentos de fisicoquímica. Samuel H. Maron. Editorial Limusa México. 1977.

 = …………..2  Cn = C0 Cn = C0

 ] [+  ] [+

Si C1 > C2

n …………

(5)

n …………

(6)

KD

C1:

Concentración o la solubilidad de la sustancia en la fase orgánica

C2:

Concentración o la solubilidad de la sustancia en la fase acuosa

C0:

cantidad inicial u original de la sustancia

Cn: Cantidad de la sustancia remanente que queda en la fase acuosa después de las extracciones KD : constante o relación de la distribución en que el numerador es la concentración de la sustancia en fase acuosa C2 y en el denominador la concentración de la sustancia de fase orgánica C1. KD : constante o relación de la distribución en que el numerador es la concentración de la sustancia en fase orgánica C2 y en el denominador la concentración de la sustancia de fase acuosa C1. V1: Volumen orgánico V2: Volumen acuoso N: número de extracciones 12.1 ¿Para qué tipo de extracciones se utilizan las ecuaciones (1) y (3)? 1…Solido – liquido 3…Liquido – liquido

12.2 Según la ecuación (1) ¿Qué interpretación física le da al contraste o relación de distribuciones en las expresiones (2) y (4)? Se indica donde se encontrará nuestro soluto de interés, si la ecuación 2 es un valor grande se encontrará en la fase orgánica, mientras que si es en la ecuación 4 será en la fase acuosa. 2 12.3 Para demostrar que las ecuaciones (5) y (6). Se Parten de las ecuaciones (1) y (3). ¿De cuál partiría usted (1) o (3) para demostrar (5) y (6)?

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Ray Q. Brewster curso de química orgánica experimental. España, editorial Alhabama. 1974. página. 19, 20.

Se partiría de la ecuación número 3. 13.-Supongamos que 4 g de ácido butírico contenidos en 500mL de agua se desea extraer con 500mL de éter etílico Kd: 3 13.1.-Calcule la cantidad de ácido butírico que se desea extraer, si se utiliza todo el éter una sola vez

       = 3g  13.2. -¿Cuánto ácido butírico, se extraerá si se hace cinco extracciones sucesivas con porciones de 100 mL? 5

       =3.3333g  14.- ¿Qué valor mínimo de Kd es necesario para extraer de un soluto en 50mL de disolución acuosa con 5 extracciones sucesivas con 50mL de éter?. 5

  = 5      % .%

= 4.999

15.- si cinco extracciones sucesivas con porciones de 100mL de éter etílico extraen nueve décimas de soluto de una disolución acuosa ¿Qué fracción del soluto se extraerá con diez extracciones similares, si el Kd: 10?. 5

/  =  = 1.125 −/  

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Lamarque, Alicia. Fundamentos teórico- prácticos de química orgánica. 1era edición. Córdoba. Grupo editor encuentro, 2008

EXTRACCION Y AISLAMIENTO DE CAFEINA A PARTIR DE UN PRODUCTO COMERCIAL II. CAFÉ INSTANTANEO.

1.- En el experimento de la cafeína ¿Qué factores importantes se deben tomar en cuenta para obtener un rendimiento máximo de cafeína? Las extracciones a realizar y el tipo de disolvente a utilizar en las extracciones basándose en su diferencia de solubilidad entre el compuesto a extraer y sus impurezas. 1 2.- Para la extracción experimental de la cafeína contestar: ¿Cuáles son los métodos de extracción de utilizo? 

Extracción liquido-liquido: el caso más frecuente es la extracción de una disolución acuosa con un disolvente orgánico. 2

3.- Escriba cuatro sustancias que pueden usarse para que reacciones los taninos hidrolizables en el experimento de la cafeína. Los taninos hidrolizables (gálicos o pirogálicos) se hidrolizan con facilidad tanto por ácidos y álcalis como por vía enzimática. Cuando los taninos se extraen con agua caliente, algunos de estos compuestos son parcialmente hidrolizados para formar ácido gálico. Los taninos son compuestos ácidos, lo cual se debe a la naturaleza de los grupos fenólicos y del grupo carboxilo. El tratamiento químico de los frutos vegetales (té, café, nuez de cola, etc.) con una base, como, por ejemplo: 1 

Carbonato de calcio



Carbonato de sodio

4.- ¿Por qué se usa agua y no un disolvente orgánico para aislar a la cafeína del producto comercial? La cafeína es perfectamente soluble en agua caliente, por lo que se puede extraer eficazmente. La cafeína pasa a la disolución acusa, pero acompañada de otros compuestos orgánicos que también son soluble en agua caliente, principalmente taninos.

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Muñoz Mena, Eugenio. La experimentación en química orgánica, primera edición, 1975, México DF.

Williamson L. Kenneth. Macroscale and Microscale Organic Experiments. Third Edition. Houghton Mifflin Company. NY. PP. 146-150.

Al momento de agregar nuestra sustancia que eliminara los taninos formaremos una sal, la cual es soluble en agua, por lo que si usamos otro disolvente no podremos eliminar los taninos. 3 5.- ¿Por qué es importante separar la cafeína de la fase acuosa? La cafeína es bastante más soluble en un disolvente orgánico que en agua; en la fase acuosa tendremos algunos componentes o impurezas que debemos retirar. 4 6.- ¿Qué utilidad presenta la ecuación de Nerst en la extracción discontinua? La ecuación de Nerst establece que una sustancia se distribuye entre los solventes hasta que en el equilibrio se alcanza una relación constante de las actividades de la sustancia en las dos capas, para una temperatura establecida. Cuando las soluciones diluidas, o el solvente se comportan idealmente, la actividad es prácticamente igual a la concentración y la ecuación se reduce y es lo que conocemos como coeficiente de reparto. 5 7.- Escriba cuatro características que debe tener el disolven te que se usa para aislar la cafeína de la fase acuosa. 

Capaz de solubilizar la mayor cantidad de producto a extraer.



Tiene que ser inmiscible con agua.



Tiene que tener un bajo punto de ebullición.



Más o menos denso que el agua. 5

8.- ¿Cómo y porque se debe eliminar la humedad de la fase orgánica antes de concentrar esta? Cuando se lleva cabo un a extracción la fase orgánica arrastra cierta cantidad de agua y con ello cierta cuantidad de sales y por ello impurezas por lo cual se utiliza un agente desecante. Tiene que ser un compuesto inerte e insoluble en los líquidos orgánicos.

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9.- Se tiene un compuesto X que presenta las siguientes solubilidades: 3.4 g/L en agua, 450 g/L en EtOH, 222 g/L en Cloroformo y 33.3 g/L en tetra cloruro de carbono.

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Moore R. William. Laboratory manual for organic chemistry: a microscale approach. The McGraw-Hill. 1980. Lisbon.

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Lamarque, Alicia. Fundamentos teórico- prácticos de química orgánica. 1era edición. Córdoba. Grupo editor encuentro, 2008.

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Brewster.Q.Ray . Curso de Química Orgánica Experimental. Editorial Alhambra. Madrid. 2005

Williamson L. Kenneth. Macroscale and Microscale Organic Experiments. Third Edition. Houghton Mifflin Company. NY. PP. 146-150.

9.1 Elija el Sistema de disolventes ideales para hacer la extracción. Ya que los disolventes deben ser inmiscibles entre si la pareja empleada será: Cloroformo y Agua. 4 9.2 Calcule la KD

222  =65.29  = 3.4  9.3 Calcule la cantidad total extraída del compuesto, a partir de los siguientes datos: Cantidad inicial de x 1.7 g, Volumen acuoso 500 ml., volumen orgánico tres porciones de 100 ml. cada una.

 .  − − =1.7.. +. = 6.118910 =1.76.118910 = 1.6993  . 4

10.- Se tiene 1.0 g de cafeína disuelta en 100 ml. de agua y se quiere extraer el 90 % de cafeína. ¿Cuántas extracciones se requieren hacer si se dispone de 100 ml de cloroformo? Usando la mínima cantidad de disolvente en cada extracción. Solubilidad de cafeína 2.1 en agua, y 10 Cloroformo.

100.  =1 (4.7620.  100. ) = 0.03528     96 %  ℎá   = 10 =4.76  =  2.1 11.- Escriba la reacción para la obtención de salicilato de cafeína y calcule el rendimiento práctico de este a partir de los siguientes datos: 500 mg de cafeína, 230 mg de ácido salicílico y 350 mg de salicilato obtenido. 4

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Lamarque, Alicia. Fundamentos teórico- prácticos de química orgánica. 1era edición. Córdoba. Grupo editor encuentro, 2008.

  ∗100= . =0.4783∗100=47.83 % % =   .

1 )(1    í )(284.19) = 0.73  0.5 (194.19 1   í 1 =ó 12.- Para la concentración del extracto orgánico puede utilizarse: 12.1 Una destilación simple: se llama destilación simple o destilación sencilla a un tipo de destilación donde los vapores producidos son inmediatamente canalizados hacia un condensador, el cual lo refresca y condensa de modo que el destilado no resulta puro. Su composición será idéntica a la composición de los vapores a la presión y temperatura dados. 6 12.2 Rotavapor: aparato de destilación rotatorio asociado a un Baño María, Se utiliza principalmente para separar por medio de evaporación a presión reducida y suave, el solvente que acompaña al soluto de interés; o bien, para realizar destilaciones fraccionadas. 6 12.3 Evaporación por baño María: para conferir temperatura uniforme a una sustancia líquida o sólida o para calentarla lentamente, sumergiendo el recipiente que la contiene en otro mayor con agua u otro líquido que se lleva a o está en ebullición. El concepto de baño María implica el calentamiento indirecto de la sustancia por convección térmica desde el medio líquido (agua, frecuentemente). Para calentar al baño María hay que introducir un recipiente pequeño en el que se deposita la sustancia dentro de otro más grande que contiene un líquido y calentar 6

Williamson L. Kenneth. Macroscale and Microscale Organic Experiments. Third Edition. Houghton Mifflin Company. NY.pp.127-146

este por su base. De este modo, se calienta en primer lugar el líquido contenido en el recipiente de mayor tamaño y esté va calentando gradualmente el contenido del recipiente menor, de un modo suave y constante. Es indispensable que en todo tiempo el recipiente interior (más pequeño) esté en contacto con el líquido para que se produzca la transmisión de calor. 6 12.4 ¿Qué criterio se sigue para utilizar cada uno? Para destilación simple: La destilación sencilla, se usa para separar aquellos líquidos cuyos puntos de ebullición difieren extraordinariamente (en más de 80°C aproximadamente) o para separar líquidos de sólidos no volátiles. Para éstos casos, las presiones de los componentes del vapor normalmente son suficientemente diferentes de modo que la ley de Raoult puede descartars e debido a la insignificante contribución del componente menos volátil. En este caso, el destilado puede ser suficientemente puro para el propósito buscado. Rotavapor: Para remover completamente el disolvente por destilación a vacío se requieren principalmente dos pasos: primero calentar la solución en baño de agua en una temperatura entre 25 y 50 °C, debajo del punto de ebullición del solvente hasta que la destilación casi se detenga. En el segundo paso los residuos son calentados a vacío usualmente a la misma temperatura hasta que ese disolvente se halla extraído. Cuando se utilizan pequeñas cantidades de disolvente y es volátil se utiliza una aspiradora para remover los vapores. Baño María: Utilizando diferentes líquidos (aceites, soluciones salinas, etcétera) en el recipiente grande se obtienen diferentes temperaturas de trabajo. Cuando se usa agua, la máxima temperatura del producto del recipiente superior no excederá los 100°C (punto de ebullición del agua a la presión de 1 atm). 6 13.- ¿Por qué al producto obtenido del extracto orgánico en la obtención de la cafeína se le llama producto crudo? Las actividades relacionadas con la extracción de productos de origen animal, vegetal y mineral se les llama materias primas en crudo. 6 14.- ¿Qué es la sublimación? Escriba que propiedades debe tener una sustancia para que sublime. Cuando la presión de vapor de un sólido que se calienta alcanza la presión externa del sistema, antes de que la temperatura alcance su punto de fusión del sólido, la 6


sustancia experimenta una fase de transición directa de sólido a vapor, se le llama sublimación. Es el paso de una sustancia del estado sólido al gaseoso, y viceversa, sin pasar por el estado líquido. En general la mayor parte de los materiales solo subliman cuando se calientan por debajo de sus puntos de fusión y a presión reducida. Generalmente se emplea una presión cercana a 0.1 torr porque esta presión reducida es fácil de conseguir con una bomba de vacío. La sublimación es usualmente una propiedad de sustancias relativamente no polares y las cuales tienen también una estructura altamente simétrica. El equilibrio que tiene lugar cuando la velocidad de sublimación y la de condensación son iguales se caracteriza por una presión de vapor que depende de la naturaleza del sólido y de la temperatura. 15.- Dibuje el aparato que usó en el laboratorio para sublimar a la cafeína indicando las partes que lo integran y las precauciones que se deben tener al sublimar esta. 6,7

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Samuel H. Maron. Fundamentos de fisicoquímica. Editorial Limusa México. 1977.

6. Williamson L. Kenneth. Macroscale and Microscale Organic Experiments. Third Edition. Houghton Mifflin Company. NY.pp.127-146

16.- Dibuje dos aparatos, diferentes al usado en el laboratorio para sublimar compuestos. 6

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17.- Escriba que ventajas y desventajas presenta el método de sublimación respecto al método de cristalización. La sublimación se utiliza en química orgánica principalmente para purificar pequeñas cantidades de sólidos. Debe quedar claro que un sólido que vaya a ser purificado por sublimación, debe ser aquel que puede liberarse con relativa facilidad de impurezas iónicas y no volátiles. Si las impurezas tienen aproximadamente la misma presión de vapor no se podría deshacer el compuesto, lo que harán es que también sublime y no ocurrirá la separación. En este caso, algún otro método, como la recristalización o la cromatografía tendría que ser usado. 4 18.-Se tienen los siguientes compuestos

En relación a su análisis elemental ¿Con cuáles de los compuestos anteriores es conveniente hacer una fusión alcalina?

En estos ya que para una fusión alcalina se necesita: Nitrógeno Halógenos Azufre Fósforo

(Flúor,

Cloro,

8

Bromo

o

Yodo)

19.- Si el proceso de la fusión alcalina a usted se le olvida agregar el etanol ¿cuáles son las consecuencias que esperaría?

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Lamarque, Alicia. Fundamentos teórico- prácticos de química orgánica. 1era edición. Córdoba. Grupo editor encuentro, 2008 8

http://depa.fquim.unam.mx/amyd/archivero/ANALISISCUALITATIVOYCUANTITATIVO_30490.pdf

La función del etanol es formar etoxido de sodio y de esa forma evitar que cuando se agregue agua el sodio reaccione violentamente y se forme hidróxido de sodio. 9 20.- ¿En cuál de los siguientes compuestos esperaría positiva la prueba de la murexida? ¿Por qué?

En esta ya que la cafeína pertenece al grupo de las bases xanticas. La cafeína no contiene menos de 98.5 % de C8H10N4O2, calculado para la sustancia deseada. Se caracteriza a través de la reacción de murexida, que consiste en evaporar hasta la sequedad total una solución de ácido nítrico con la muestra y tratar el residuo con amoniaco, con lo que se desarrolla un color rojo purpura debido a la formación de murexida, una sal de amoniaco del ácido purpurico. 21.- ¿En caso de no tener estándar en el laboratorio ¿Qué prueba física no se podría llevar a cabo experimentalmente? No se podría realizar cromatografía en capa fina con estándar.

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22.- Al realizar el derivado de cafeína en el laboratorio, no se obtiene el punto de fusión informado en la literatura. ¿Cuáles serían las causas? Pues esto nos indicaría que el derivado obtenido no proviene de la cafeína, si no de otro compuesto diferente o de una muestra impura, dando como resultado un punto de fusión muy diferente. 6

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www.iocd.unam.mx/organica/1311/1311pdf10.pdf

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Donald L. Pavía. Química orgánica experimental. Ediciones y distribuciones universo

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Williamson L. Kenneth. Macroscale and Microscale Organic Experiments. Third Edition. Houghton Mifflin Company. NY.

SEPARACION DEL ACEITE ESCENCIAL DE CLAVO E IDENTIFICACION DE EUGENOL

1.- ¿Qué compuesto es la base de las sustancias que se encuentran en los aceites esenciales? Los aceites esenciales son los compuestos formados por varias sustancias orgánicas volátiles que pueden ser alcoholes, acetonas, esteres, fenoles, aldehídos que se producen y almacenan en los canales secretores de las plantas. 1 2.- Explique brevemente los siguientes conceptos básicos de la regla de fases a) equilibrio homogéneo: se encuentra el mismo estado de agregación equilibrio heterogéneo: diferentes estados de agregación b) sistema: P+F=C+2 Donde: C = número de componentes del sistema P = número de fases presentes en el equilibrio F = número de grados de libertad del sistema (variables: presión, temperatura, composición) c) fase: es cualquier fracción, incluyendo la totalidad, de un sistema que es físicamente homogéneo en si mismo y unido por una superficie que es mecánicamente separable de cualquier otra fracción. d) componente: es los menores números de constituyentes químicos independientemente variables necesarios y suficientes para expresar la composición de cada fase presente en cualquier estado de equilibrio. 2 3.- Escriba las fórmulas para la presión de vapor 1. Para una mezcla de líquidos misciblemente entre sí. 3 Wx/Wy= MxPx/MyPy 2.- Para una mezcla de líquidos inmiscibles entre sí. 3

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www.iocd.unam.mx/organica/1311/1311pdf10.pdf Brewster.Q.Ray . Curso de Química Orgánica Experimental. Editorial Alhambra. Madrid. 2005 Samuel H. Maron. Fundamentos de fisicoquímica. Editorial Limusa México. 1977.

Pt= Px+Py( At) 4-. ¿Cuál es el concepto de temperatura de burbuja y temperatura de rocío? Los puntos de rocío se refieren a la temperatura y presión a la cual un sistema condensa. Cuando, por ejemplo, en una habitación se comienzan a empañar los vidrios ocurre que se ha llegado al punto de saturación de la humedad del local y al descenso de la temperatura esa humedad “precipita”, condensándose sobre las superficies. El rocío matutino sobre las hojas de las plantas es un ejemplo similar. Los puntos de burbuja, temperatura y presión por su parte, se refieren a las condiciones en las cuales en un sistema se inicia la ebullición. En el simple hecho de calentar agua, al momento en que se ve la primera burbuja de vapor de agua formarse, se ha llegado a las condiciones de burbuja. 3 5-. ¿Qué sucede al agregar NaOH al 10% en el extracto clorofórmico del aceite esencial? Al agregar NaOH al extracto clorofórmico se forman sales sódicas, esto hace que se separen los componentes en dos fases de acuerdo a la acidez del grupo funcional involucrado. En la fase acuosa quedarán lo ácidos en su forma de sales sódicas y en la fase orgánica quedarán los compuestos de carácter neutro. 4 6-. ¿Se puede usar el rota vapor en lugar de una destilación simple para eliminar el disolvente utilizado en las extracciones? Sí, ya que se estaría haciendo una destilación al vacío. En este caso se usa para eliminar con rapidez el disolvente de una disolución en la que se encuentra presente un soluto poco volátil habitualmente a temperaturas próximas a la temperatura ambiente, con lo que se minimiza el riesgo de descomposición del producto de interés que queda en el matraz de destilación. 5 7-. Calcule el peso molecular de una sustancia desconocida que es arrastrada con vapor de agua en una relación de 3.51g de sustancia / 1g de agua a una temperatura de 90°C y una presión de 410mmHg; sí la presión atmosférica es de 585mmHg. 4 (585 mmHg) (x) = 3.51g sustancia (410mmHg)(18g/mol) 1g agua 3.51 (7380) = 44.28g/mol 585

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Samuel H. Maron. Fundamentos de fisicoquímica. Editorial Limusa México. 1977.

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Brewster.Q.Ray . Curso de Química Orgánica Experimental. Editorial Alhambra. Madrid. 2005

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8-. ¿Por qué se debe de evitar un exceso de cloruro de benzoilo en la preparación del derivado? El exceso de cloruro de benzoilo puede imposibilitar la cristalización del producto final. 5 9-. ¿Cuál es el objeto de preparar un derivado el benzoato de eugenol? Se hace para tener un compuesto con un punto de fusión ya conocido, y se obtiene a partir del compuesto original a partir de una reacción química sencilla, y esta a su vez es una prueba química del compuesto. 10-. Proponer la reacción más probable para la formación del derivado.

5


11-. Se desea separar una mezcla de los siguientes compuestos: ácido benzoico, anilina y fenol los cuales se encuentran en éter etílico. ¿Qué sugiere para obtener cada uno de ellos por separado? A la mezcla se le adiciona NaHCO3 y éter en un embudo de separación.

Fase orgánica donde se encuentra la anilina y el fenol .

Fase acuosa donde se encuentra el ácido en forma de sal soluble.

Se lava con HCl.

Fase orgánica se encuentra el fenol,

Fase acuosa se encuentra la anilina.

Se agrega una base fuerte (NaOH). Para restaurar la base.

12.-Escriba el método para identificar el grupo funcional fenol dicloroetano/cloruro férrico, etanol/ cloruro férrico y agua/ cloruro férrico

con:

La mayoría de los fenoles, enoles, ácidos hidroxámicos, ácidos sulfínicos, muchos hidroxiácidos, algunas oximas y los compuestos enolizables reaccionan con cloruro férrico al 2,5 %. 6 Reacción con cloruro de hierro (III): La reacción consiste en agregar cloruro de hierro (III) a una solución de fenol, el resultado obtenido es una variación de color de azul a negro debido a la alta concentración de los reactivos. Esta respuesta se debe al ataque producido por el Ion cloruro al hidrogeno del grupo hidroxilo provocando una ruptura de enlace y la unión del grupo fenoxido al hierro (formación de complejo), considerando que las disoluciones de fenoles presentan coloración, también se estima una reacción de oxidación del fenol llamada Quinona las cuales son coloreadas. Prueba con solución de cloruro férrico. A 1.0 mL de solución diluida del compuesto problema, se adiciona una gota de solución de cloruro férrico (ver Shriner R, pag 143)7 El cambio de color depende del fenol y sus sustituyentes, además que no es permanente, por lo que se debe observan con atención al momento de agregar el reactivo. Otros fenoles no dan la prueba positiva debido a sus sustituyentes, por lo si la prueba es negativa, no es un indicio de la ausencia de fenoles.

Agregue cristales de fenol en un tubo de ensayo y disolver con 3 mL de etanol y agitar. 6

Carey F. A. (1999) Química Orgánica. Mc. Graw Hill. España. pp: 556-559.

7

Shriner R. L. (2001) Identificación sistemática de compuestos orgánicos. Limusa Noriega Editores. México D. F. pp: 109110.

Para la preparación de cloruro de hierro (III): Disolver en un tubo de ensayo una punta de espátula de cloruro de hierro (III) sólido con agua destilada. Agregar la solución de cloruro de hierro (III) al tubo que contiene el fenol disuelto. 8

En el instante en que se añada al agua una gota de cloruro férrico, ya que el color producido no es permanente. Para compuestos no solubles en agua o agua-etanol puede disolverse el compuesto en cloroformo y preparar el FeCl3 en cloroformopiridina. La piridina actúa como aceptor de protones que incrementa en el caso de los fenoles la concentración de ion fenolato. Los enoles usualmente producen coloración roja o violeta.

Técnica: Ensayo de cloruro férrico al 2,5 %. Solución acuosa. Disolver 30 mg del compuesto en 1 mL de agua o una mezcla de etanol-agua y añadir 3 gotas de FeCl3 al 2,5 % en agua. Notar el cambio de color o la formación del precipitado. Solución no acuosa. Disolver 1 g de cloruro férrico anhidro en 100 mL de cloroformo y 8 mL de piridina, filtrar la mezcla. Disolver 30 mg del compuesto en 1mL de cloroformo y añadir 2 gotas de la mezcla previamente preparada de cloroformo en piridina. Notar la formación de un color o un precipitado. 8

8

GUERRERO, C.A Principios de química orgánica. Guía de laboratorio. Universidad Nacional de Colombia. Departamento de Química. 2013. Mirco Capristan.

13.- ¿Cuál de lo siguiente compuesto es más polar: el Eugenol o el benzoato de eugenol? Explicar mediante C.C.D. sugiera el adsorbente y eluyentes Adsorbente: Sílice gel SiO 2 de carácter polar Eluyente: acetato de etilo, diclorometano, cloruro de metileno.

El Eugenol es un derivado fenólico conocido comúnmente como esencia de clavo

9

Pavia, D. (2005). Introduction to organic laboratory techniques: A small-scale approach. Belmont, California, Estados Unidos: Thomson Learning Inc. pp 82-84 9

SEPARACION DEL ACEITE ESCENCIAL DE CANELA E IDENTIFICACIÓN DEL CINAMALDEHIDO

1.- Escriba el fundamento teórico de la destilación por arrastre con vapor de agua. Usos de esta destilación. Es una técnica usada para separar sustancias orgánicas insolubles en agua y ligeramente volátiles de otras no volátiles que se encuentran en la mezcla, como resinas o sales orgánicas. 1 FUNDAMENTO TEÓRICO

En la destilación por arrastre de vapor se lleva a cabo la vaporización selectiva del componente volátil de una mezcla formada por este y otros no volátiles. Lo anterior se logra por medio de la inyección de vapor de agua directamente en el seno de la mezcla denominándose este “vapor de arrastre” pero en realidad, su función no es la de “arrastrar” el componente volátil, sino de quedarse en el matraz forma ndo otra fase inmiscible que cederá su calor latente a la mezcla a destilar para lograr su evaporación. 2.- Explique brevemente en que consiste la formación de puentes de hidrogeno intermoleculares e intramoleculares. ¿Qué influencia tienen éstos en una destilación por arrastre de vapor? El puente de hidrógeno es un enlace que se establece entre moléculas capaces de generar cargas parciales. Los puentes de Hidrógeno, se forman por átomos de Hidrógeno localizados entre átomos electronegativos. Cuando un átomo de Hidrógeno está unido covalentemente, a un átomo electronegativo, ej. Oxígeno o Nitrógeno, asume una densidad ( ) de carga positiva, debido a la elevada electronegatividad del átomo vecino. Esta deficiencia parcial en electrones, hace a los átomos de Hidrógeno susceptibles de atracción por los electrones no compartidos en los átomos de Oxígeno o Nitrógeno. 1 3.- Escriba dos ventajas que presenta adicionar cloruro de sodio a la fase acuosa donde se encuentra la canela en una destilación por arrastre de vapor.

1

Dr. Edgar Vázquez-Contreras, BIOQUIMICA Y BIOLOGÍA MOLECULAR EN LÍNEA, Última actualización: 14 de Octubre de 2003. Consulta 01/05/16 http://laguna.fmedic.unam.mx/~evazquez/0403/puente%20de%20hidrogeno.html

Permite aumentar la solubilidad de los solutos en la fase orgánica, a este efecto se le conoce como efecto salino. 1 4.-Explique porque el vapor que se condensa durante la destilación de arrastre de vapor es generalmente turbio El vapor que se condensa es turbio debido a que contiene aceites se caracterizan por ser una mezcla compleja de varios compuestos orgánicos volátiles, tales como los terpenos, los alcoholes, los aldehídos, las cetonas, los ésteres los éteres y los fenoles. 2 5.- Escriba mínimo 4 características que debe tener una sustancia para que esta sea arrastrable con vapor. 2 Inmiscible en agua Provenientes de fuentes naturales Que se descomponga a temperatura elevada Que sea un compuesto volátil a la temperatura de ebullición del agua Una presión de vapor mayor a 10 torr a la temperatura de ebullición del agua 6.- Explique brevemente cuando se lleva a cabo una extracción liquido-liquido discontinua con disolvente activo. Disolvente activo: Son los que disuelven propiamente el material (resina). Generalmente son sustancias polares como esteres y cetonas. Funcionan formando enlaces de hidrogeno o fuerzas dipolo-dipolo con el soluto. Son capaces de disolver un soluto de manera instantánea para no esperar mucho tiempo para que éste no reaccione. A veces el componente deseado en una extracción solo es ligeramente soluble en el solvente de extracción. Para evitarlo usando grandes cantidades de disolvente de extracción se usa un proceso llamado extracción continua. Para las extracciones liquido-liquido, el equipo usado dependerá de la densidad del solvente de extracción es mayor o menor a las de la solución extraída. Extracción discontinua:

2

Gilbert, J. C.; Martin, S. F. (2011) Experimental Organic Chemistry, 5th Ed.

Se emplea para líquidos inmiscibles con el agua, pero solubles con el que se desea extraer. El material básico para este tipo de extracción es un embudo de separación. La extracción discontinua se fundamenta en el coeficiente de reparto. 2

8.-De los compuestos que se muestran a continuación escriba cuales serán arrastrables con vapor de agua. 3

A)

B)

OH

O

C)

OH

OCH3

OH

CH2CH=CH2

p.f=116 C

Poco soluble en agua 1.3g/100mL de H2O

p.e=255 C

p.e=217 C

p.f=-9.2 C

p.f=80 C

escasamente soluble

insoluble en agua, soluble en

en agua miscible en éter etílico y

Soluble en éter etílico y benceno

benceno y eter

benceno

D)

O O

H

p.e=161.5 C soluble en 11 partes de agua y éter etílico p.f=-36.5 C

R=C y D

9.- Escriba tres métodos físicos para identificar al cinamaldehido.

3

Butrille D, Rivas RJ, Villareal F; Experimentos de química orgánica parte ll y ll l, ANUIES, Edicol, Mexico;1975

Destilación por arrastre de vapor, cromatografía en capa delgada, extracción liquido-liquido discontinua. 4 10.- A presión normal 760mm Hg una mezcla de naftaleno hierve a 93 C la presión de vapor de agua es de 744mm Hg: ¿Cómo haría para determinar la relación molar de cada uno en la fase vapor? Molalidad= # de moles de soluto (mol)/ kilogramos de disolvente (kg) 5 11.-A 90 C la presión de arrastre de vapor de una sustancia X(PM=112.5g/mol) es de 240 mm Hg. Calcule el porcentaje de peso de X en el codestilado, cuando X se somete a una destilación por arrastre con vapor de agua a una presión de 760mm Hg Moles=masa/masa molecular M= (240mm Hg) (112.5g/mol)/(760mm Hg)= 35.52%.

5

12.- Calcular el peso molecular de un compuesto A que ha sido arrastrado con vapor a partir de los siguientes datos: El codestilado destila a 99.4 C a una presión atmosférica de 585mm Hg dando una mezcla de agua y un compuesto A en una relación 2g/1g la presión de vapor de agua a 99.4 C es de 555mm Hg. 5 Moles =masa/ masa molecular M= (585mm Hg)(2g)/(555mm Hg) (99.4)=.021

4

5

Moore J A, Dalrymple. Experimental methods in organic chemistry. USA; B Saunders. 1971. Benson WS. Cálculos Químicos. Limusa. Mexico;1979

SEPARACION DEL ACEITE ESCENCIAL DEL ANIS E IDENTIFICACION DEL ANETOL

1.- En una destilación por arrastre de vapor de agua el punto de ebullición de la mezcla de los líquidos inmiscibles es menor que el punto de ebullición normal de cualquiera de los componentes de dicha mezcla. Explique el porqué de este fenómeno. Cuando dos líquidos son inmiscibles que se mezclan para obtener una mezcla heterogénea, cada componente ejerce su propia presión de vapor, independientemente del otro componente de la mezcla: P total = P°A + P°B

Como el punto de ebullición de cualquier sistema es la temperatura a la cual la presión total de vapor iguala la de confinamiento. En un sistema de líquidos inmiscibles hervirá a una temperatura menor que la de cualquiera de los dos líquidos. Cuando dichos líquidos inmiscibles se mezclan en una destilación por arrastre de vapor su punto de ebullición es menor porque de cierta manera al juntarse, se mezclan y reducen su punto de ebullición. 1 2.- ¿Qué características debe presentar una substancia para ser arrastrable con vapor? Para que una sustancia pueda ser arrastrada por vapor esta debe tener bajo punto de ebullición y ser inmiscible en agua. 1 3-. ¿Cuáles son las ventajas y desventajas de la destilación por arrastre con vapor de agua sobre la destilación a presión reducida? 1

Pavia D L, Lampman G M Kris G S and Engel introduction to organic Laboratory Techniques. USA; Saunders College. 1998.

Ventajas La destilación por arrastre de vapor hace posible la purificación adecuada de muchas sustancias de punto de ebullición elevado mediante una destilación a baja temperatura. En particular cuando la sustancia en cuestión hierve por encima de los 100°C a la presión atmosférica y se descompone en su punto de ebullición o por debajo de este. Desventajas Da un codestilado, mezcla que requiere tratamiento posterior. 2 4-. ¿Por qué las sustancias que se destilan por arrastre con vapor no siguen la ley de Raoult? La ley de Raoult estipula que la presión de vapor del solvente será menos como resultado de la presencia de las partículas del soluto. A mayor cantidad de partículas del soluto en la solución (aumento de la concentración) más posiciones superficiales serán bloqueadas. Mientras que en la destilación por arrastre de vapor son mezclas de líquidos completamente insolubles entre sí, cada liquido ejerce su propia presión de vapor característica, independiente de la del otro. Por lo tanto, la tensión de vapor total es la suma de todas las tenciones de vapor de cada sustancia. Al igual las tenciones de vapor son completamente independientes de las cantidades de las sustancias existentes en la mezcla. 2 5-. En una destilación por arrastre con vapor ¿a qué se le llama codestilado? así se le denomina al destilado que se obtiene de la destilación, porque este todavía es una mezcla de la materia prima e impurezas; agua. 2 6-. Explique por qué el destilado; en una destilación por arrastre con vapor es turbio. Porque todavía este no es un compuesto puro, contiene impurezas; agua, y debe tener un tratamiento posterior. 2

2

2

Montuenga Carlos. Curso práctico de química orgánica; MEXICO DF, Londres, 1979, editorial alhambra S.A.

Montuenga Carlos. Curso práctico de química orgánica; MEXICO DF, Londres, 1979, editorial alhambra S.A.

7-. De las siguientes sustancias señale las que destilan por arrastre con vapor de agua. 2

A PM: 129g/mol Insoluble en agua. Soluble en benceno y éter de petróleo.

B Liquido a temperatura ambiente. p.f.:22.3°C insoluble en agua soluble en: etanol, éter etílico y diclorometano

C p.e.:255°C poco soluble en agua. Soluble en etanol y éter etílico.

8-. Si las sustancias del problema anterior se encuentran en una mezcla; disueltas en éter etílico; indique como las separaría mediante extracción acido-base elabore un diagrama de flujo y escriba las reacciones que se llevan a cabo. 3

3


9-. Cuando se llevó a cabo una reacción de nitración sobre el fenol “A” se obtuvo una mezcla de dos isómeros “B” y “C”. OH OH HNO2/H2SO4

NO2

OH

NO2

C B Si la mezcla de isómeros “B” y “C” se somete a una destilación por arrastre de agua contestar:

9.1¿Cuál de los compuestos B o C permanece en el residuo? El compuesto B para-nitrofenol 3 9.2¿Cuál de los dos compuestos destila B o C? El compuesto C el orto-nitrofenol 3 9.3diga las características principales por las que el compuesto señalado en el punto anterior destila por arrastre con vapor de agua. Punto de ebullición: 216°C Punto de fusión: 45-46°C Densidad: 1,49 g/cm 3 Solubilidad en agua, g/100 ml a 20°C: 0,21 escasa Presión de vapor, kPa a 25°C: 0,015 Punto de inflamación: 108°C c.c. Temperatura de autoignición: 550°C Coeficiente de reparto octanol/agua como log Pow: 1,79

3


10. Escriba la estructura de los siguientes compuestos: 3 10.1 anetol. O

10.2 p-metoxibenzaldehido. H3CO

CHO

10.3 ácido anísico HOOC

OCH3

11.- ¿Con que finalidad se prepara el ácido anísico y el picrato de anetol? 12.- ¿Por qué al llevar acabo la oxidación del aceite esencial del anís solo se obtiene el ácido anísico? 13.- Mencione dos técnicas para purificar el ácido anísico 



Por destilación de arrastre con vapor de agua, ya que se emplea para la obtención de aceites esenciales. (más eficaz) Mediante extracción con disolventes volátiles. 4

14.- Un líquido es inmiscible con el agua, se destila por arrastre con vapor de agua a 98°C y 760mmHg. Se descubre que en el destilado el 21% lo constituye el peso del líquido orgánico, si la presión de vapor de agua a 98°C es de 750mmHg calcule el peso molecular de dicho liquido orgánico. 4

  =  °   =    °     / despejando X:

3

4

PT=P1+P2 P1=PT-P2 P1=760mmHg-750mmHg =10mmHg


Xorge A. Dominguez, Quimica Organica experimental, Primera edición 1982, Editorial Limusa. Pág (128-129)

Cuestionarios organica (FINAL).docx

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