Informe 2 Quimica Organica AII

UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS (Universidad del Perú, Decana de América)

FACULTAD DE Q UÍMICA UÍMICA E ING. Q UÍMICA UÍMICA E.A.P. Q UÍMICA UÍMICA 07.1 DEPARTAMENTO ACADÉMICO DE Q UÍMICA UÍMICA ORGÁNICA CURSO DE Q UÍMICA UÍMICA ORGÁNICA AII

PRÁCTICA N° 2: DERIVADOS DE ÁCIDO HORARIO:

SÁBADO 10:00 – 14:00

PROFESOR:

LÓPEZ

FECHA DE ELABORACIÓN :

21 DE ABRIL DE 2016

FECHA DE ENTREGA :

23 DE ABRIL DE 2016

INTEGRANTES :   

14070112 – ROJAS BARRETO, JAZMÍN 14070083 – MEGO DE LA CRUZ, FROY KEVIN 14070085 – MOULET VALLEJOS, GRACIELA JHULLY

LIMA-PERÚ 2016-1

PRÁCTICA 02 – DERIVADOS DE ÁCIDO

INTRODUCCIÓN

TABLA DE CONTENIDO Introducción ........................... .......................................... ............................. ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ............................. ......................... .......... 3 Marco teórico ............................ .......................................... ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ............................. ....................... ........ 4 Anhídrido Maleico ............................ ........................................... ............................. ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ......................... ........... 4 Ácidos Butanodioicos ............................ .......................................... ............................ ............................. ............................. ............................ ............................ ............................ .................... ...... 5 Ácido Maleico ............................ ........................................... ............................. ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ .................. .... 6 Ácido Fumárico .......................... ......................................... ............................. ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ .................. .... 6 Detalles experimentales ............................ .......................................... ............................ ............................. ............................. ............................ ............................ ............................ .................... ...... 7 A.

Hidrólisis del anhídro maleico: obtención del ácido maleico ................ .............................. ............................ ............................ .................... ...... 7 Observación ........................... .......................................... ............................. ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ .................. .... 7 Resultados ........................... ......................................... ............................ ............................ ............................ ............................. ............................. ............................ ............................ .................... ...... 7

B.

Isomerización ácido-catalizada del ácido maleico: conversión a ácido fumárico ........................ ................................. ......... 8 Observación ........................... .......................................... ............................. ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ .................. .... 8 Resultados ........................... ......................................... ............................ ............................ ............................ ............................. ............................. ............................ ............................ .................... ...... 8 Discusión de resultados...................................... .................................................... ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ .................. .... 8

C.

Comparación de propiedades entre el ácido maleico y el ácido fumárico f umárico ................................... ......................................... ...... 10 Observaciones ............................ .......................................... ............................ ............................. ............................. ............................ ............................ ............................ ......................... ........... 10 Resultados ........................... ......................................... ............................ ............................ ............................ ............................. ............................. ............................ ............................ .................. .... 11 Discusión de resultados...................... ................................... ........................... ............................ ............................. ............................. ............................ ............................ .................. .... 11

Conclusiones........................... .......................................... ............................. ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ............................. ....................... ........ 13 Recomendaciones ............................ .......................................... ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ .............. 13 Referencias ........................... .......................................... ............................ ........................... ............................ ............................. ............................. ............................ ............................ ......................... ........... 13

UNMSM – FQIQ – – LABORATORIO DE Q UÍMICA UÍMICA ORGÁNICA AII

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INTRODUCCIÓN

INTRODUCCIÓN

Dos sustancias son isómeros cuando poseen la misma fórmula molecular pero difieren en la disposición espacial de sus átomos. Los ácidos maleico y fumárico pueden obtenerse a partir del ácido málico, ya que éste se deshidrata en presencia de medio ácido, formándose el carbocatión intermediario. Cuando el proceso se realiza a bajas temperaturas los grupos carboxilo (-COOH) se repelen mutuamente; en consecuencia, el enlace sigma (σ) gira de tal modo que al formase el doble enlace estos grupos quedan ubicados en lados opuestos del enlace ( π), obteniéndose el ácido fumárico (isómero trans). Cuando la reacción se realiza a mayor temperatura, los grupos carboxilo pueden vencer la mutua repulsión y al formarse el doble enlace tales grupos quedan ubicados del mismo lado del doble enlace ( π), obteniéndose así el ácido maleico (isómero cis) En la práctica de “DERIVADOS DE ÁCIDO ” se procederá a la hidrólisis del anhídrido maleico, produciendo el ácido maleico, que posteriormente se convertirá en ácido fumárico mediante una hidrólisis ácida. El objetivo de es efectuar un estudio comparativo de algunas al gunas de sus propiedades entre ambos isómeros ya que el ácido maleico es cisy el ácido fumárico es trans. Al tener al isómero transse concluye que éste es más estable ya que al hacer las pruebas respectivas, este reacciona pero en menor grado, mientras que el isómero cis reacciona con bastante rapidez, lo cual verifica la teoría sobre isómeros geométricos en el que en el isómero cis los sustituyentes están en el mismo lado del doble enlace los cuales hacen que hayan repulsión entre dichos grupos sustituyentes. Además el isómero trans los sustituyentes en el que están en el lado opuesto del doble enlace haciendo que no haya repulsión incrementando la estabilidad y disminuyendo la reactividad.


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MARCO teórico

MARCO TEÓRICO Gran parte de la química de los derivados de ácidos involucra su interconversión y la reconversión en el ácido matriz. Además, cada derivado tiene ciertas reacciones características propias. Los derivados, como los propios ácidos, contienen el grupo carbonilo, C=O, el cual es retenido en los productos de la mayoría de sus reacciones y no sufre cambios permanentes. Sin embargo, su p resencia en la molécula determina la reactividad característica de estos compuestos, y es la clave para comprender su química. Por ello si analizamos estructuralmente a los aldehídos y cetonas podemos observar que ambos poseen un grupo carbonilo, este a su vez cumplen dos funciones importantes: (a) proporciona un sitio para el ataque nucleofílico y (b) aumenta la acidez de los hidrógenos unidos al carbono alfa.

ANHÍDRIDO MALEICO Si lo encontramos en su forma pura, el anhídrido maleico es un sólido cristalino blanco, irritante y muy corrosivo. En solución con agua es un ácido fuerte que reacciona de forma violenta con bases y oxidantes fuertes. Esta sustancia se comercializa en forma de sólidos cristalinos con una pureza de 99,50%. El anhídrido maleico es un producto estable en condiciones ordinarias de uso y almacenamiento; aunque se sublima fácilmente y reacciona con la humedad, cuando esto ocurre se descompone lentamente formando ácido maleico, que es un ácido fuerte aún disuelto en agua; por lo tanto sedebe mantener el envase que lo contiene bien cerrado, para prevenir la absorción de humedad. La alta reactividad del anhídrido maleico se debe a la presencia del doble enlode en su estructura. El anhídrido maleico tiene un peso molecular de 98,1 g/mol, punto de fusión 53°C, es soluble en agua. En la industria el anhídrido maleico se produce por medio de una oxidación catalítica de hidrocarburos en fase gaseosa. Unode los materiales de mayor utilización para tal fin es el benceno, sin embargo recientemente el uso de sustancias como hidrocarburos de cuatro carbonos ha tomado mayor importancia.


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MARCO teórico

ÁCIDOS BUTANODIOICOS Los dos compuestos más importantes de esta clase son los ácidos maleico y fumárico, en los que Willicenus estudió por primera vez la isomería cis-trans. La ordenación estérica de ambos ácidos se pudo demostrar solo porque el acidomaleico (forma Z), como consecuencia de la proximidad espacial de ambos grupo carboxilo, forma un anhídrido cíclico, con desprendimiento de agua, por calentamiento rápido, especialmente en presencia de anhídrido acético.

Por calentamiento prolongado a 150°C (423K), se isomeriza el ácido maleico a ácido fumárico, más estable (forma E):

La reacción inversa no se puede llevar a cabo de forma directa. Si se calienta el ácido fumárico a temperatura suficientemente alta (alrededor de 300°C=573K) tiene lugar la isomerización, pero inmediatamente se forma, con desprendimiento de agua, el anhídrido maleico. El ácido maleico no se ha encontrado en la naturaleza. Su nombre se deriva del ácido málico (acidum malicum), del que se obtiene por eliminación del agua. El ácido fumárico se encuentra en una serie de plantas, por ejemplo, en la fumaria (Fumaria officinalis), en los líquenes de Islandia, como en los hongos. También lo podemos encontrar en el ciclo del ácido cítrico se produce como producto intermedio en la deshidrogenación del ácido succínico.


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MARCO teórico

ÁCIDO MALEICO También conocido como ácido cis-butenodioico, el ácido maleico es un sólido cristalino de color blanco, cuyo punto de fusión es 130,5°C; es soluble en agua. El ácido maleico, se obtiene por hidrólisis a partir del anhídrido maleico; este ácido se utiliza en el campo de la síntesis como componente en la fabricación de resinas alquídicas, la cual tiene múltiples aplicaciones, como pueden ser en la elaboración de botes, muebles de baño, bases de cocina, sillas, concreto polimérico, losetas, autopartes, tuberías, tanques de almacenamiento. Fabricación de resina alquidal, que es la base de las pinturas alquidálicas que se aplican en pinturas automotrices y arquitectónicas, Forma c i s del Ácido Butenodioico elaboración de fertilizantes y agroquímicos, tales como el (Ácido Maleico) ácido fumárico. El ácido maleico es una materia prima industrial para la producción de ácido glioxílico por ozonólisis. También se utiliza mucho en síntesis química de Diels-Alder.

ÁCIDO FUMÁRICO También conocido como ácidotrans-butenodioico, el ácidofumárico es un sólido cristalino de color blanco, cuyo punto de fusión es 302°C; no es soluble en agua, se obtiene por hidrólisis ácida del ácido maleico. El ácido fumárico, es un ácido de origen natural presente en muchas frutas y vegetales. Comercialmente se obtiene por síntesis química o a través de la fermentación del azúcar con hongos. Forma parte de las rutas metabólicas de todas las células vivas. Utilizado como ácido y estabilizador estructural en una amplia variedad de productos También es usado como una fuente de ácido en el polvo para hornear, la ingesta máxima diaria es ilimitada. Se forma en la piel durante la exposición a la luz solar, y también está disponible como suplemento oral y como preparación para uso tópico.


Forma t r a n s del Ácido Butenodioico (Ácido Fumárico)

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DETALLES experimentales

DETALLES EXPERIMENTALES A. HIDRÓLISIS DEL ANHÍDRO MALEICO: OBTENCIÓN DEL ÁCIDO MALEICO MATERIALES: 2 vasos de precipitados de 50ml Probeta graduada de 5 ó 10 ml Manta eléctrica o cocinita eléctrica Olla de baño de hielo Embudo Büchner y kitasato Papel filtro

     

REACTIVOS: Anhídrido maleico Agua Hielo

  

PROCEDIMIENTO

filtrar Enfriar en

Acido Maleico 45 3 2 1

6 7 8 9 11

45 3 2 1

6 7 8 9 1 0

2,5 g AnhidridoMaléico + 5ml agua (ebullir por 1´)

OBSERVACIÓN A través de este proceso se logró observar un sólido color blanquecino.

RESULTADOS El anhídrido maleico se ha hidrolizado formando así el ácido maleico en un enfriamiento y posterior filtración.


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B. ISOMERIZACIÓN ÁCIDO-CATALIZADA DEL ÁCIDO MALEICO: CONVERSIÓN A ÁCIDO FUMÁRICO MATERIALES:      

2 vasos de precipitados de 50ml Probeta graduada de 5 ó 10 ml Manta eléctrica o cocinita eléctrica Olla de baño de hielo Embudo Büchner y kitasato Papel filtro

REACTIVOS:  

Ácido clorhídrico concetrado Hielo

PROCEDIMIENTO 2,5 ml de HCl (cc)

enfriar

4 5 6 7 8 3 2 9 1

11

filtrar

4 5 6 7 8 3 2 9 1 1 0

Ebullición (cristalización) Acidofumárico

OBSERVACIÓN Se observó la formación de unos cristales blancos.

RESULTADOS El ácido fumárico se formó mediante un calentamiento a partir de las aguas madres obtenidas de la filtración del ácido maleico.

DISCUSIÓN DE RESULTADOS El ácido maleico se convirtió en ácido fumárico mediante una reacción de isomerización catalizada en medio ácido, ya que estos dos son isómeros geométricos siendo el ácido maleico cis y el ácido fumárico trans.


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MECANISMO DE REACCIÓN


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C. COMPARACIÓN DE PROPIEDADES ENTRE EL ÁCIDO MALEICO Y EL ÁCIDO FUMÁRICO MATERIALES: 

Tubos de ensayo

REACTIVOS:   

Agua Agua de bromo al 1% Solución de permanganato de potasio al 1%

PROCEDIMIENTO 

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Se disolvió una pizca de ácido maleico maleico y evaluar su solubilidad en agua. Se repitió la prueba con ácido fumárico. Fig1 Se disolvió una pizca de ácido maleico maleico y añadir unas gotas de solución solución acuosa de bromo al 1%.Se repitió la prueba con ácido fumárico. Fig2 Se disolvió una pizca de ácido maleico maleico y añadir unas gotas de permanganato permanganato de potasio.Se repitió la prueba con ácido fumárico. Fig3

OBSERVACIONES

Ácido maleico Agua Agua de bromo

Permanganato de potasio

Al agitar se observó una solo fase Se observa un color amarillo pálido

Decoloro rápidamente. Se observó precipitado blanco


Ácido fumárico Al agitar aún se observaba el ácido fumárico (pequeños sólidos) Se observa un color amarillo pálido aunque ligeramente con mayor tonalidad comparado con el ácido maleico Al principio se observa de color marrón pero en el transcurso del tiempo se decoloro y se observa precipitado

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Ácido maleico

Ácido fumarico

FIGURA 1


Ácido maleico

Ácido Fumarico

FIGURA 2

Ácido maleico

Ácido fumarico

FIGURA 3

RESULTADOS

SOLUBILIDAD REACTIVIDAD

Ácido maleico SI ++++

Ácido fumarico NO ++

DISCUSIÓN DE RESULTADOS 

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El ácido maleico y el ácido fumárico son isómeros geométricos:

El ácido fumárico tiene la configuración trans, mientras que el ácido maleico posee la configuración cis. El ácido fumárico es apolar por lo tanto no será soluble en agua ya que lo semejante disuelve a lo semejante, en el caso del ácido maleico este si es soluble en agua ya que es polar. El ácido maleico, que ti ene los dos grupos –COOH del mismo lado de de la molécula, puede formar un enlace hidrogeno intramolecular por molécula y por lo tanto, solo forma medio enlace hidrogeno intermolecular por molécula. la estructura cristalina que resulta es menos fuerte por lo tanto el punto de fusión es menor, menor, el cristal es menos estable y por lo tanto la solubilidad en agua es mayor .El ácido fumárico solo forma enlaces intermoleculares. La forma trans, más extendida, probablemente destruye los enlaces hidrogeno estables del agua más que la forma sic-, más compacta. En consecuencia la solubilidad de la forma tras- seria menor. Por otra parte la estructura trans es capaz de formar formar una red más extensa de enlaces hidrogeno hidrogeno


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porque los dos grupos que pueden formar estos enlaces están expuestos. Este factor favorece una mayor solubilidad de la forma trans, es decir tiene un efecto contrario al anterior . El efecto que predomina es la posibilidad de formar formar enlaces hidrogeno en los cristales cristales. La configuración trans es más simétrica por lo tanto más estable que la cis, y menos reactiva que esta y lo pudimos corroborar corroborar al agregar agua de bromo y permanganato permanganato de potasio ya que la reactividad es mayor con el ácido maleico (cis), al agregar el permanganato de potasio se decolo rápidamente mientras que con el ácido fumárico tuvo que pasar un tiempo hasta que se decolore +4 ya que al principio se observa color marrón (Mn ). Al agregarle agua de bromo probamos la presencia presencia de instauración del ácido maleico como del ácido fumárico, en su estructura cuentan con un doble enlace C=C. al adicionarle agua de bromo se produce una adición electrofilica, rompiéndose su doble enlace C=C, generando un compuesto dIalogenado, se observó una decoloración para ambas muestras pero en una se observó la decoloración un poco más rápido , que fue con el el ácido maleico ya que se observó un color amarillo más pálido que el que que se observó con el el ácido fumárico. En el caso de la prueba con permanganato permanganato de potasio el cambio cambio de color se debe a que los compuestos insaturados decoloran el KMnO 4, debido a que se rompe el doble enlace y forma oxido de magnesio.


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CONCLUSIONES

CONCLUSIONES 



El ácido maleico es una molécula menos estable que el ácido fumárico. Las propiedades del ácido maleico puede explicarse en razón de la vinculación del hidrógeno intermolecular que tiene lugar a expensas de las interacciones moleculares (Isomerización). Un compuesto que presenta isomería geométrica cis/trans, va a presentar diferentes propiedades como: punto de fusión, reactividad, formación for mación de nuevos compuestos.

RECOMENDACIONES 

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En la hidrólisis del anhídrido maleico se debe de tener cuidado al momento de filtrar. Se debe de colocar bien el papel filtro de modo que quede bien adherido al embudo, ya que si esto no fuese así, el sólido obtenido podría pasar a la solución filtrada y no se obtendrían los productos deseados. Al momento de comparar las propiedades entre el ácido maleico y el ácido fumárico, debemos de agregar la misma cantidad de sólido en cada tubo de ensayo, para lograr una mejor observación. Cuando se calienta el licor madre con el HCl, se deberá tener cuidado debido a que éste procedimiento genera la emanación de vapores de ácido fumárico. Además el HCl concentrado de por sí emana vapores tóxicos ya que además en dicha reacción se podría generar Cloro gaseoso. En las pruebas de identificación con bromo se recomienda probar al mismo tiempo los dos isómeros para comparar la intensidad de los colores.

REFERENCIAS   

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ÁVILA. Química Orgánica: experimentos con un enfoque ecológica.México: Editorial UNAM .2011 MC MURRY, J. Química Orgánica. 6ta Edicion. México D.F.: Editorial Thomson. BEYER, WALTER. Manual de Química Orgánica. 19ava Edición. España: Editorial Reverté. 1987. Páginas consultadas: 357-359 PARRY, STEINER, TELLEFSEN, DIETZ. Química fundamentos experimentales. España: Editorial Reverté. 1974. Página consultada: 483 FIESER. Química orgánica fundamental. España: Editorial Reverté. 1985. Página consultada: 264 KLAGES. Tratado de química orgánica. Tomo I. España: Editorial Reverté. 1968. Páginas consultadas: 491-492 GARCÍA, MIGUEL. Manual de prácticas de Química Orgánica I. 1era Edición. México: Editorial UNAM. 2002. Páginas consultadas: 67-70


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Informe 2 Quimica Organica AII

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