Manual Laboratrio Orgánica I 2015

UNIVERSIDAD ANDRÉS BELLO FACULTAD DE CIENCIAS EXACTAS DEPARTAMENTO DE CIENCIAS QUÍMICAS

MANUAL DE LABORATORIO QUÍMICA ORGÁNICA I PARA QUÍMICA Y FARMACIA QUIM 210

Manual de Laboratorio Curso “Química Orgánica I QUIM 210”, Semestre Otoño 2015

ÍNDICE

Normas de Trabajo en el Laboratorio...............................................................

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Medidas de Seguridad en el Laboratorio ……………………………………..

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Materiales de uso común en el Laboratorio de Química Orgánica I……….

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Técnicas utilizadas en los Prácticos de Química Orgánica I………………… 10 Pauta para construir el Informe de Laboratorio.............................................. 17 Práctico n°1: Purificación de sólidos por recristalización................................ 20 Práctico n°2: Identificación de Funciones Orgánicas ....................................... 25 Práctico n°3: Extracción de eugenol a partir de clavos de olor ……..……… 36 Práctico n°4: Separación de los componentes de una tableta analgésica …… 40 Práctico n°5: Reacción de sustitución nucleofílica. Síntesis de cloruro de t-butilo a partir de t-butanol ..........................................................................

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Práctico n°6: Reacción de adición-eliminación: Preparación y propiedades del jabón............................................................................................................

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Práctico Recuperativo: Extracción de aceite de semillas por método Soxhlet……………………………………………………..……………………. 50

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NORMAS DE TRABAJO EN EL LABORATORIO Cada alumno debe cumplir una sesión de laboratorio obligatoria de cuatro módulos de duración cada 15 días. Las secciones impares comienzan la segunda semana lectiva del semestre y las pares la semana siguiente alternándose hasta completar seis laboratorios obligatorios. Deben presentarse en el Laboratorio de Química correspondiente el día y en el horario asignados provisto de delantal, el Manual de Laboratorio, cuaderno de laboratorio y calculadora. Se exigirá puntualidad y no se permitirá realizar un trabajo práctico sin su delantal. Las pertenencias deben ser dejadas en los casilleros dispuestos fuera de cada laboratorio por lo cual deben llevar un candado. Se debe presentar con ropa adecuada para evitar accidentes: calzar zapatos cerrados o zapatillas, uso de pantalón grueso, no usar calzas ni minifaldas, no usar bufandas, pañuelos o gorros. Evitar llevar aparatos electrónicos como celulares, iPod, tablets y notebooks, que puedan distraerlo del trabajo práctico. El alumno debe llegar al laboratorio habiendo preparado previamente el tema correspondiente al trabajo práctico que se llevará a cabo. Esto se verificará previamente mediante un control escrito al comienzo del mismo. Una vez finalizada la sesión de laboratorio se deberá entregar un informe del tema desarrollado de acuerdo a la PAUTA DE INFORME que se encuentra detallado en la página 6 de este Manual. Este informe deberá ser entregado al final de cada sesión de laboratorio. El alumno que no asista a una sesión de laboratorio podrá recuperar sólo un control y un laboratorio previamente justificados en el Departamento de Ciencias Químicas y al final del semestre.

La Nota Final de Laboratorio (NFL) corresponde al 60% del promedio de los Controles de laboratorio ( C ) y al 40% del promedio de los Informes de Laboratorio ( I ). Es decir:

NFL = 0.6 C + 0.4 I

La nota final de laboratorio (NFL) corresponde al 40% de la nota de presentación (NP) del curso QUIM 210.

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Manual de Laboratorio Curso “Química Orgánica I QUIM 210”, Semestre Otoño 2015 MEDIDAS DE SEGURIDAD EN EL LABORATORIO

PRECAUCIONES PARA EVITAR INCENDIOS: 1.- Siempre que use un mechero tenga en cuenta lo siguiente: -

No caliente nunca un disolvente inflamable de punto de ebullición menor de 100°C (metanol, éter etílico, acetona, benceno, etanol, etc.) en un recipiente abierto.

-

Si calienta un disolvente a reflujo cerciórese de que todas las conexiones estén bien ajustadas.

-

No trasvase líquidos inflamables cerca de una llama.

-

No reciba un destilado en un recipiente muy retirado del condensador o cerca de la llama del mechero de su vecino. Por norma general, los recipientes deben quedar lo más alejados posible de los mecheros.

2.- No caliente nunca un sistema cerrado aunque vaya provisto de un condensador. 3.- Siempre que realice una operación exotérmica tenga preparado un baño de hielo o de agua fría para poder controlarla. 4.- No guarde disolventes en vasos abiertos y manténgalos lejos de la llama del mechero. 5.- No deje los recipientes de disolventes en el mesón de trabajo sino en una estantería lateral o en la campana. 6.- No deje ningún objeto ajeno al trabajo en el mesón de trabajo (libros, cuadernos, carteras, mochilas, etc.). 7.- Tenga siempre presente la ubicación de los extintores del laboratorio y aprenda a usarlos.

Si por desgracia se produce un accidente con fuego siga las siguientes normas: 1.- Apague todas las llamas y retire todos los productos inflamables de las proximidades del fuego. 2.- Si el fuego es pequeño sofóquelo con un paño mojado. Si el fuego es mayor use un extintor. 3.- Si se inflaman las ropas de alguna persona: -

Evite que corra

-

Hágala rodar por el suelo para que el fuego no llegue a la cabeza.

-

Cúbrala con una manta o cualquier prenda que tenga a mano.

-

Trate las quemaduras pequeñas con un ungüento. Las quemaduras mayores deben ser atendidas por un médico.

PRECAUCIONES EN EL MANEJO DE PRODUCTOS QUÍMICOS: 1.- No permita que se pongan en contacto con la piel o ropa. 2.- No pruebe ningún sólido, líquido o disolución al menos que se le especifique hacerlo. 3.- Evite inhalar, en lo posible, vapores de disolventes. Si quiere tomar el olor de algún producto como criterio de identificación, hágalo con cuidado y colocando el recipiente a 15 cm de la nariz.

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Manual de Laboratorio Curso “Química Orgánica I QUIM 210”, Semestre Otoño 2015 4.- Limpie cualquier porción de líquido que derrame. Si se trata de un ácido, lave con agua, neutralice con una disolución de bicarbonato o carbonato de sodio al 5% y vuelva a lavar con agua. Si es un álcali, lave con agua y neutralice con una disolución de ácido acético al 5%. En lo posible use guantes para realizar esta operación. 5.- NO VIERTA RESIDUOS ORGÁNICOS O INORGÁNICOS EN LOS LAVADEROS. En cada Laboratorio encontrará recipientes para desechos de residuos químicos que se hallan en las campanas de cada laboratorio con un número distintivo de acuerdo al tipo de residuo. PRECAUCIONES EN EL MANEJO DE MATERIAL DE VIDRIO: Para evitar cortaduras al tratar de introducir una varilla de vidrio o un termómetro en un orificio de un tapón: 1.- Trate de que el orificio tenga un tamaño adecuado. 2.- Lubrique la varilla con agua, disolución jabonosa o glicerina. 3.- Proteja sus manos con un paño. 4.- Sostenga la varilla lo más cerca de un extremo y aplique suavemente presión hasta pasarla completamente. 5.- Si se trata de una varilla con ángulo, tómela desde la parte más próxima al corcho o tapón para hacer presión. 6.- No mantenga el tapón o corcho en la palma de su mano ni lo dirija hacia su mano o cuerpo. Sosténgalo entre el pulgar y el dedo índice. 7.- No olvide ablandar en corcho antes de horadarlo. QUEMADURAS CON PRODUCTOS QUÍMICOS: Las áreas de la piel que estén en contacto con productos químicos corrosivos deben lavarse bien con abundante agua. Si el producto es un ácido, lave con una disolución saturada de bicarbonato de sodio y nuevamente con agua. Si se trata de un álcali, lave con agua y con una disolución de ácido acético al 1% y finalmente, con agua. Si saltan trozos de sodio a la piel, saque los pedazos con una pinza, lave con alcohol y luego con una disolución de ácido acético al 1%. Finalmente, coloque una gasa con un ungüento apropiado. Las quemaduras con bromo son especialmente delicadas. Debe lavar primero con agua y empaparse con una disolución de tiosulfato de sodio al 10%. Si el producto químico, corrosivo o caliente, salta a sus ojos, lave con abundante agua de la llave más próxima tanto el globo ocular como el párpado. Nunca se restriegue los ojos o se introduzca las manos a la boca sin antes de lavar prolijamente sus manos. ENVENENAMIENTOS: a.- Sólidos y líquidos: Ácidos: beber mucha agua y luego leche de magnesia. También se puede tomar leche pero nunca provocar el vómito manualmente o con eméticos. Álcali: beber mucha agua y, después, vinagre, jugo de limón o de naranja o disolución de ácido cítrico. Se puede tomar leche pero nunca provocar el vómito manualmente o con eméticos.

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Manual de Laboratorio Curso “Química Orgánica I QUIM 210”, Semestre Otoño 2015 Sales de metales pesados: beber leche o clara de huevo. Arsénico o mercurio: dar un emético inmediatamente (sulfato de zinc en un vaso de agua tibia). b.- Gases: Sacar a la persona al aire libre y aflojarles las ropas del cuello. Si ha inhalado vapores de bromo o cloro hacerle inhalar vapores de amoniaco. NORMAS GENERALES DE TRABAJO EN EL LABORATORIO Para evitar accidentes en el laboratorio debe seguir ciertas recomendaciones: 1.- Mantenga siempre las llaves de agua y de gas cerradas cuando no las esté utilizando. 2.- Nunca tire desechos insolubles como papeles filtro, fósforos o similares a los lavaderos. 3.- Nunca trabaje solo en el laboratorio. 4.- No eche trozos de sodio metálico en los lavaderos o recipientes de la basura. Sumérjalos en parafina y pregunte dónde y cómo deshacerse de ellos. 5.- El trabajo con productos irritantes o disolventes cancerígenos (benceno, cloroformo, diclorometano, tetracloruro de carbono) debe hacerse en campana. 6.- No mire por la boca de los matraces o tubos de ensayo cuando esté llevando a cabo una reacción. 7.- Evite inundaciones sobre el mesón dando la presión suave de agua al refrigerante. 8.- Siempre lleve puestas sus antiparras y delantal en el laboratorio. 9.-Todo equipo armado por el o los estudiantes deberá ser revisado por el profesor antes de usarlo. 10.- Los reactivos de uso general deberán permanecer en los lugares asignados a ellos. Todo reactivo, luego de ser usado, debe ser tapado inmediatamente. 11.- Las balanzas deben permanecer limpias y sin tara. Su uso exige protección del plato así que utilice vidrio de reloj o cualquier otro recipiente adecuado. 12.- No ingiera alimentos ni bebidas en el laboratorio. 13.- No utilice los materiales de laboratorio para beber agua. 14.- Lave prolijamente sus manos antes de retirarse del laboratorio. 15.- Entregue sus bandejas al final de laboratorio y deje limpio su lugar de trabajo.

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MATERIALES DE USO COMÚN EN EL LABORATORIO DE QUÍMICA ORGÁNICA I.

Aro

Manto calefactor

Desecador

Nueces

Pinzas de tres dedos

Placa calefactora con agitación magnética

Pipetas

Propipetas

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Escobilla

Soporte universal

Barra magnética

Pinza de madera


Matraz de fondo redondo

Embudo analítico

Embudo de decantación

Cabezal de destilación

Embudo Büchner

Adaptador de destilación Matraz Erlenmeyer

Matraz Kitasato

Gradilla con tubos de ensayo

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Piceta o frasco lavador

Mortero


Espátula

Trampa de gases

Condensador Allihn o de bolas

Bagueta o varilla de vidrio

Probeta

Termómetro simple y con adaptador

Condensador Liebig

Pipetas Pateur

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Vaso de precipitados

Gotario


TÉCNICAS UTILIZADAS EN LOS PRÁCTICOS DE QUÍMICA ORGÁNICA I. 1.- Filtración por gravedad. (Prácticos Nº 1, 3, 4 y 5) Este tipo de filtración se utiliza cuando se necesita obtener un filtrado libre de impurezas sólidas. En general, se filtra la disolución caliente, quedando las impurezas insolubles retenidas en el papel filtro plegado. Para esto se necesita un matraz Erlenmeyer, un embudo analítico y un papel filtro plegado los cuales han sido previamente mantenidos en la estufa a alta temperatura para evitar que el sólido precipite en el papel o en el vástago del embudo durante la filtración por cambios bruscos de temperatura. Para ver el proceso de filtración por gravedad y la preparación de un papel filtro plegado, revise los videos de la siguiente página web: https://www.youtube.com/watch?v=OaKaKkdiYrk (Video de Filtración por gravedad) https://www.youtube.com/watch?v=v_a5HIAxrdk (Video de preparación de un papel filtro plegado)

Fig. 1: Equipo de filtración por gravedad.

Fig. 2: Preparación de un papel filtro plegado.

2.- Filtración al vacío (Prácticos Nº 1 y 4) Se utiliza para separar un sólido desde una suspensión. Para esto se necesita un matraz Kitasato y un embudo Büchner con un papel filtro redondo cuyo diámetro permita cubrir toda la superficie interna del embudo Büchner. El embudo, junto con el filtro, se ajusta al matraz Kitasato con un adaptador de goma o de caucho, y el montaje, sujetado con una pinza unida a un soporte con una nuez, se conecta a una bomba de vacío. El filtro se moja con el mismo disolvente que contiene la suspensión hasta que quede bien asentado en el embudo. Luego, se vierte lentamente la suspensión sobre el filtro con la ayuda de una varilla de vidrio, de forma que no se produzca el derramamiento de líquido. El sólido retenido en el filtro puede lavarse con pequeñas porciones de disolvente (el mismo que contiene el líquido filtrado), y se dejará un tiempo conectado al vacío hasta que quede lo más seco posible. Para ver el proceso de filtración al vacío revise el video en la siguiente página web: 10

Manual de Laboratorio Curso “Química Orgánica I QUIM 210”, Semestre Otoño 2015 https://www.youtube.com/watch?v=lrMfP4I6GWw (Video de filtración al vacío)

Figura 3: Equipo de filtración al vacío. 3.- Sistema de destilación simple (Prácticos Nº 3 y 5) Esta técnica se utiliza cuando se desea separar dos o más disolventes con puntos de ebullición muy diferentes. Por ejemplo, agua (p. eb. 100 ºC) y acetona (p. eb. 56 ºC). Para la destilación simple se necesita una manta o placa calefactora, un matraz de fondo redondo, un cabezal de destilación, un termómetro con adaptador, un condensador tipo Liebig y un matraz Erlenmeyer, además de dos soportes universales y dos pinzas de tres dedos con sus nueces respectivas.

Figura 4: Equipo de destilación simple.

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Manual de Laboratorio Curso “Química Orgánica I QUIM 210”, Semestre Otoño 2015 Cuando se hace una destilación se debe tener en cuenta lo siguiente: a) antes de iniciar el calentamiento hay que añadir 2 a 3 trozos de porcelana o plato poroso; b) el termómetro debe colocarse de forma que el bulbo esté justamente en la salida del vapor; c) la entrada del agua de refrigeración debe conectarse a la parte inferior del condensador; d) todas las piezas del montaje deberán estar perfectamente ajustadas y convenientemente engrasadas (utilice una pequeña cantidad); e) las pinzas de sujeción nunca se pondrán en las uniones de las piezas y f) el calentamiento debe ser tal que se recojan de 2 a 4 gotas de destilado por segundo. Para

ver

el

proceso

de

destilación

simple

revise

en

video

en

la

siguiente

página

web:

https://www.youtube.com/watch?v=pJ2jm2J41bw (Video de destilación simple) 4.- Extracción líquido-líquido (Prácticos Nº 3, 4 y 5) Esta técnica se utiliza para extraer un soluto disuelto en un disolvente con otro disolvente en que el soluto es más soluble. Estos disolventes tienen que ser inmiscibles entre sí. Los disolventes más utilizados en las extracciones de este tipo se encuentran en la siguiente tabla: Tabla de disolventes de extracción comúnmente utilizados. Nombre

Fórmula

Densidad (g/mL)*

Punto de ebullición (ºC)

Peligrosidad

Disolventes de extracción menos densos que el agua (CH3CH2)2O 0,7 35 Muy inflamable, tóxico C6H14 ≈ 0,7 > 60 Inflamable C6H6 0,9 80 Inflamable, tóxico C6H5CH3 0,9 111 Inflamable CH3CO2CH2CH3 0,9 78 Inflamable, irritante Disolventes de extracción más densos que el agua Diclorometano CH2Cl2 1,3 41 Hepatotóxico Cloroformo CHCl3 1,5 61 Hepatotóxico Tetracloruro de carbono CCl4 1,6 77 Hepatotóxico

Éter dietílico Hexano Benceno Tolueno Acetato de etilo

*

La densidad del agua es 1,0 g/mL, y la de la disolución acuosa saturada de NaCl es 1,2 g/mL.

Para esta técnica se necesita un embudo de decantación, matraces Erlenmeyer y un soporte universal con un aro con nuez. Es una extracción discontinua y se lleva a cabo en el embudo de decantación. El volumen de ambos líquidos no debe ocupar más de la mitad del embudo para favorecer una mejor agitación. Se debe verificar que la llave del embudo esté en buenas condiciones y no haya pérdida de material.

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Figura 5: Extracción con embudo de decantación. Se agrega la disolución a extraer y una pequeña porción del disolvente inmiscible. Se tapa el embudo y se invierte, dirigiendo el vástago hacia arriba y con el tapón bien sujeto con una mano. Se abre la llave para eliminar la presión interna, puesto que al mezclar los disolventes se desprende calor y se evaporan los disolventes. Se cierra la llave y con una mano se apoya el tapón y con la otra se toma el vástago por la parte de la llave. Se debe comenzar con una agitación suave y abrir inmediatamente la llave para permitir la salida de gases producidos, hasta que no haya gases en el interior. Luego, se debe agitar vigorosamente durante un cierto tiempo para permitir el mayor contacto del soluto con el disolvente de extracción.

Figura 6: Modos de tomar el embudo de decantación durante la agitación. En seguida, debe ponerse el embudo en su posición normal y observar si se forma algo de emulsión; en este caso la agitación debe ser muy suave porque las emulsiones son difíciles de eliminar. Terminada la agitación se pone el embudo en el aro, se quita el tapón, se espera que los líquidos decanten y por medio de la llave se separan.

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Manual de Laboratorio Curso “Química Orgánica I QUIM 210”, Semestre Otoño 2015 Si no se observa nítidamente la separación de las fases se agrega un poco del disolvente más denso y se observa la separación de las fases. Para determinar la naturaleza de cada fase se agrega una pequeña cantidad del disolvente a uno de los líquidos separados; si se mezcla con él es porque se trata de la capa del disolvente. La extracción se debe llevar a cabo unas dos o tres veces, juntando las fases del mismo disolvente. Si el disolvente ha estado en contacto con una fase acuosa, se debe agregar un desecante (sulfato de magnesio anhidro o cloruro de calcio anhidro) para eliminar los restos de agua. Para ver el proceso de extracción líquido-líquido revise el video en la siguiente página web: https://www.youtube.com/watch?v=Q3QxStCFDUo (Video extracción líquido-líquido) 5.- Calentamiento por reflujo (Práctico Nº 1) El reflujo es una técnica experimental de laboratorio para el calentamiento de reacciones que transcurren a temperatura superior a la ambiente y en las que conviene mantener un volumen de reacción constante. Un montaje para reflujo permite realizar procesos a temperaturas superiores a la ambiente (reacciones, recristalizaciones, etc), evitando la pérdida de disolvente y que éste salga a la atmósfera. Se necesita una manta o placa calefactora, un matraz de fondo redondo, un condensador tipo Allihn o de bolas (también se puede utilizar un condensador de serpentín) y un soporte universal con dos pinzas de tres dedos con sus respectivas nueces. En los casos que se debe evitar la presencia de agua se debe utilizar una trampa de humedad acoplada en la parte superior del condensador.

Figura 7: Equipo de reflujo. Se efectúa acoplando un condensador de bolas o serpentín a la boca (o a una de las bocas) del matraz que contiene la mezcla de reacción. A medida que se procede a la calefacción del matraz, la temperatura aumenta

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Manual de Laboratorio Curso “Química Orgánica I QUIM 210”, Semestre Otoño 2015 evaporando parte del disolvente. Los vapores del mismo ascienden por el cuello del matraz hasta el condensador, donde se condensa (por acción del agua fría que circula por la camisa exterior) volviendo de nuevo al matraz. Esto establece un reflujo continuo de disolvente que mantiene el volumen de la reacción constante. Para ver el proceso de calentamiento a reflujo revise el video en las siguientes páginas web: https://www.youtube.com/watch?v=YUKGLbAEtCo o https://www.youtube.com/watch?v=3diTdagF-6U 6.- Destilación al vacío con evaporador rotatorio (Prácticos Nº 3 y 4) El evaporador rotatorio o rotaevaporador o rotavapor es un equipo de destilación al vacío que permite eliminar el disolvente de una disolución que contiene solutos que generalmente son termolábiles. Debido a que la menor presión interna hace disminuir el punto de ebullición del disolvente, esta eliminación se hace a más bajas temperaturas, manteniendo estables las características físicas y químicas del soluto.

Para ver el proceso de destilación al vacío con evaporador rotatorio o rotavapor revise el video en la siguiente página web: https://www.youtube.com/watch?v=FCW9fRjt8CA 7.- Extracción sólido-líquido o Soxhlet. (Práctico Recuperativo) La extracción con el aparato Soxhlet tiene mucha aplicación en la extracción de productos naturales desde tejidos animales o vegetales con alto contenido de agua, sistemas que forman emulsiones muy persistentes o compuestos orgánicos más solubles en agua que en disolventes orgánicos. Para esta técnica de extracción se necesita un 15

Manual de Laboratorio Curso “Química Orgánica I QUIM 210”, Semestre Otoño 2015 extractor Soxhlet, un matraz de fondo redondo, un condensador tipo Allihn o de bolas, un manto o placa calefactora, un cartucho de papel filtro y un soporte universal con dos pinzas de tres dedos con sus respectivas nueces.

Figura 8: Extractor Soxhlet y equipo de extracción continua. El disolvente, inicialmente puro, ebulle suavemente en el matraz de fondo redondo. Sus vapores pasan al contenedor superior por el brazo exterior donde condensan en el refrigerante y caen sobre el material sólido que se encuentra en un cartucho de papel filtro. El contenedor posee un tubo lateral en forma de sifón que al alcanzar el disolvente cargado la altura crítica lo evacua en el matraz de fondo redondo. Al reevaporarse (redestilar) el disolvente y comenzar un nuevo ciclo, la sustancia extraída enriquece el extracto en el matraz. Esto permite tener la muestra en contacto permanente con el disolvente de extracción puro. En la adición de los disolventes de extracción se debe evitar caer en los extremos. Es tan perjudicial tanto la falta como el exceso de disolvente. Sin embargo un exceso es siempre menos perjudicial, debido a que el disolvente puede ser volatilizado. En extracción, un aumento de temperatura del proceso, lleva implícito un incremento del poder extractante hasta alcanzar un estado de máxima saturación en el cual el disolvente ya no es capaz de disolver una mayor cantidad de soluto. Si esta saturación se ha logrado a alta temperatura, bastará solo un enfriamiento para que se separe este exceso en forma de una masa cristalina fácilmente purificable.

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Manual de Laboratorio Curso “Química Orgánica I QUIM 210”, Semestre Otoño 2015 Si un disolvente está saturado de una sustancia es inútil mantenerlo en contacto con la muestra para lograr una mayor extracción. El disolvente tendrá una mayor capacidad de extracción en tanto menos soluto haya extraído. Es decir, su máximo poder extractante estará en el disolvente puro. Para ver el proceso de extracción Soxhlet o sólido-líquido revise el video en la siguiente página web: https://www.youtube.com/watch?v=5gOFZT2UVEA

PAUTA PARA CONSTRUIR EL INFORME DE LABORATORIO

En todo trabajo experimental es de mucha utilidad contar con un cuaderno de laboratorio en el cual se registran todos los datos y resultados de la experiencia realizada en una forma clara, ordenada y legible. Para sacar el máximo provecho de los datos puestos en su cuaderno se pueden adoptar las siguientes normas: a) Anote la fecha y el nombre de la experiencia llevada a cabo. En lo posible anote los datos experimentales tan pronto como sea posible, incluyendo los cálculos respectivos y las posibles modificaciones hechas al trabajo experimental en curso. Anote todas las observaciones por insignificantes que parezcan. b) Registre claramente los datos obtenidos y si es posible construya una Tabla de Datos, para mayor claridad. c) Realice todos los cálculos de rendimiento teórico y porcentaje de reacción. Para escribir el Informe de Laboratorio tenga presente los siguientes criterios: a) El informe debe ser entregado al final de cada práctico. Recuerde que el Informe es responsabilidad de todos los miembros del grupo de trabajo. b) Para la escritura del Informe debe usar una letra legible. Recuerde que el informe debe ser lo más formal posible. c) Revise concienzudamente la ortografía y la redacción. Debe indicar claramente las constantes físicas de los productos y reactantes, las cuales debe averiguarlas con anticipación al práctico e indicar la fuente bibliográfica de éstas. d) Anote clara y ordenadamente los datos obtenidos y los cálculos realizados. Indique las unidades de medición de cada valor obtenido. Para los cálculos utilice preferentemente el análisis dimensional.

El siguiente formato es el que deberá seguir para hacer sus futuros informes de laboratorio de Química Orgánica. Entre paréntesis se indica el puntaje de cada parte del informe que se considerará para la evaluación.

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Manual de Laboratorio Curso “Química Orgánica I QUIM 210”, Semestre Otoño 2015 UNIVERSIDAD ANDRÉS BELLO FACULTAD DE CIENCIAS EXACTAS DEPARTAMENTO DE CIENCIAS QUÍMICAS LABORATORIO DE QUÍMICA ORGÁNICA I QUIM 210

NOMBRES: ________________________________________________________ FECHA: ______________________

_________________________________________________ PRÁCTICO Nº …: ………………………………………………………………………………………………………………………….

Objetivos: (1 punto)

2.- Ecuaciones químicas (cuando sea necesario): (1 punto)

3.- Constantes físicas de productos y reactantes (sólo de los compuestos orgánicos involucrados en la reacción): (1 punto) …………………………………… Fórmula molecular:……..……….. MM: …………………………….. p.f.:………………………………. p.eb.:……………………………. Densidad:………………………… Pureza:…………………………….

…………………………………… Fórmula molecular:……..……….. MM: …………………………….. p.f.:………………………………. p.eb.:……………………………. Densidad:………………………… Pureza:…………………………….

4.- Bibliografía: (fuente bibliográfica de las constantes físicas): (1 punto)

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…………………………………… Fórmula molecular:……..……….. MM: …………………………….. p.f.:………………………………. p.eb.:……………………………. Densidad:………………………… Pureza:…………………………….

Manual de Laboratorio Curso “Química Orgánica I QUIM 210”, Semestre Otoño 2015 Resultados y cálculos: (3 puntos)

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Manual de Laboratorio Curso “Química Orgánica I QUIM 210”, Semestre Otoño 2015 PRÁCTICO N° 1: PURIFICACIÓN DE SÓLIDOS POR RECRISTALIZACIÓN. La recristalización es el procedimiento por el cual se separan las impurezas de un compuesto sólido mediante el uso de disolventes puros o mezclas de disolventes basándose en la diferencia de solubilidades de ambos productos a diferentes temperaturas. En general, la solubilidad de un producto en un disolvente determinado aumenta con la temperatura. Si en una mezcla de sólidos uno de ellos es más soluble en frío que el otro, a temperatura ambiente uno cristalizará mientras que el otro quedará disuelto en el líquido sobrenadante. Una posterior filtración permitirá obtener el producto de alta pureza, lo cual se verifica mediante el punto de fusión (p.f.). Se debe recristalizar el producto tantas veces como sea necesario hasta que el p.f. se mantenga constante. El método de purificación de un sólido por recristalización comprende los siguientes pasos: 1.- Selección del disolvente adecuado: El disolvente ideal para la purificación de un sólido debe reunir ciertas características: -

No debe reaccionar con el soluto.

-

La temperatura de ebullición del disolvente debe ser menor al punto de fusión o de descomposición del soluto.

-

Debe ser capaz de disolver una cantidad significativamente mayor del sólido a una alta temperatura que a temperatura ambiente.

-

No debe disolver los contaminantes en caliente o bien disolverlos significativamente en frío.

-

Debe tener una presión de vapor alta para facilitar el secado de los cristales filtrados.

Cuando dos o más disolventes sean adecuados para la purificación se elegirá aquel que sea de más fácil eliminación, menor inflamabilidad, menor toxicidad y menor costo. 2.- Disolución del sólido impuro en el disolvente caliente: El sólido debe ser disuelto en la mímina cantidad de disolvente caliente para favorecer al máximo la recuperación del sólido a purificar al enfriarse la disolución. Se debe armar un aparato para calentamiento a reflujo y eventualmente se calentará en un baño de agua. Si debe agregarse más disolvente, esto se hará en pequeñas proporciones por la parte superior del refrigerante retirando previamente el manto calefactor o mechero. Se agrega tantas veces como sea necesario para disolver el producto al punto de ebullición del disolvente (cada vez que se agrega una porción de disolvente se debe llevar a ebullición y evaluar la disolución). El calentamiento a reflujo asegura que no se pierda disolvente al calentarlo, especialmente cuando se usan mezclas de disolventes. 3.- Decoloración de la disolución: A veces las impurezas de algunos sólidos dan disoluciones coloreadas. Estos se eliminan agregando, generalmente, una porción de carbón activo (las impurezas se adsorben en la superficie del carbón permitiendo eliminarlas de la disolución). El carbón activado se agrega sobre la disolución tibia para evitar proyecciones del disolvente y luego se lleva a ebullición. Se debe agregar no más de un 2% en peso de

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Manual de Laboratorio Curso “Química Orgánica I QUIM 210”, Semestre Otoño 2015 carbón respecto al sólido ya que éste también puede adsorberse sobre el carbón disminuyendo el rendimiento. Una vez calentada la disolución a ebullición en presencia de carbón activo se filtra en caliente para separar el adsorbente. 4.- Separación de las impurezas insolubles por filtración en caliente: La filtración se realiza con un embudo analítico, preferentemente de vástago corto, usando un papel filtro plegado para aumentar la velocidad de filtrado. Conviene calentar el embudo, el filtro y el recipiente en que se recibirá la disolución caliente para evitar la cristalización en ellos. Una vez filtrada en caliente, la disolución se deja enfriar a temperatura ambiente. El enfriamiento debe ser paulatino para evitar la formación de cristales muy pequeños que pueden adsorber impurezas. Si el sólido no cristaliza a temperatura ambiente se deben seguir los siguientes pasos: -

Agregar un cristal de producto puro (siembra). Si no se tiene producto puro se pude obtener mediante la evaporación del disolvente de una alícuota de la disolución.

-

Raspar las paredes del recipiente con una varilla de vidrio por debajo del nivel de la disolución.

-

Enfriar la disolución en hielo o mezcla hielo-sal cuidando que la temperatura sea mayor al punto de congelación del disolvente.

5.- Recolección de los cristales por filtración al vacío: Una vez que ha recristalizado el producto y la disolución ha alcanzado la temperatura ambiente, los cristales se filtran en un equipo de filtración al vacío. Los cristales que quedan en el recipiente deben ser arrastrados con las aguas madres de cristalización contenidas en el matraz Kitasato. Los cristales deben ser luego lavados en el mismo embudo Büchner ya sea con una pequeña cantidad de disolvente utilizado en la recristalización previamente enfriado para evitar pérdidas por disolución o con otro disolvente que sea muy volátil y en el cual el producto sea muy insoluble. Para lavar se debe quitar el vacío, agregar la porción de disolvente, agitar cuidadosamente los cristales con una varilla de vidrio evitando romper el papel filtro y luego aplicar vacío. Este paso se debe repetir tantas veces como sea necesario para hasta obtener cristales de un color homogéneo. Luego, los cristales se dejan secar ya sea en el mismo sistema al vacío o a temperatura ambiente. 6.- Determinación de la pureza del sólido: Un método aceptable para la determinación de la pureza de un sólido es el punto de fusión (PF). Generalmente, se informa como un intervalo el cual no debe ser mayor a 2°C. Este intervalo comienza desde que se aprecia la primera gota de líquido hasta que la fusión sea completa. 7.- Cálculo del rendimiento de recristalización: El rendimiento de la recristalización corresponde a la razón entre el peso de sólido puro obtenido y el peso del sólido impuro de partida: si X es el peso de sólido recristalizado e Y el peso del sólido de partida, entonces el rendimiento será: Rendimiento (%) = (X / Y) x 100 Esto es sólo cierto si sabemos el porcentaje de impurezas del sólido impuro. Si tomamos como peso de sólido impuro el peso total inicial estamos asumiendo que las impurezas no existen y tendremos un valor de

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Manual de Laboratorio Curso “Química Orgánica I QUIM 210”, Semestre Otoño 2015 rendimiento por defecto. Sin embargo, la cantidad de impurezas, en general, son mínimas y el error en el rendimiento es muy bajo. RECRISTALIZACIÓN EN MEZCLAS DE DISOLVENTES A menudo un compuesto orgánico es muy soluble en un determinado disolvente e insoluble o muy poco soluble en otro. Aprovechando esta diferencia de solubilidad se puede llevar a cabo la recristalización en una mezcla de ambos disolventes, siempre y cuando sean miscibles y tengan un punto de ebullición muy similar. El procedimiento en estos casos es el siguiente: 1.- El sólido se disuelve en caliente y a reflujo en la mínima cantidad de disolvente en que es soluble. 2.- Una vez disuelto se agregan pequeñas cantidades del otro disolvente a través del refrigerante. Se agrega lentamente hasta que se observa una turbidez permanente en la disolución. 3.- Luego se agrega una cantidad de disolvente en que es soluble hasta volver a tener una disolución transparente. De este modo se asegura tener una disolución saturada del producto en cuestión. 4.- Se sigue con el procedimiento normal de recristalización. Las mezclas de disolventes más utilizadas son etanol-agua, cloroformo-hexano, etanol-benceno, éter-hexano. TRABAJO EXPERIMENTAL 1.- PRE-LABORATORIO a.- Averigüe por qué el punto de fusión es un factor que indica la pureza de un sólido. b.- Busque en The Merck Index o en Handbook of Chemistry and Physics las constantes físicas, especialmente los puntos de fusión, de los siguientes compuestos: - ácido benzoico - ácido o-nitrobenzoico o ácido 2-nitrobenzoico - acetanilida - p-nitroacetanilida o 4-nitroacetanilida - dibenzalacetona - ácido salicílico - ácido acetilsalicílico c.- Averigüe cómo está relacionada la polaridad de un disolvente con su estructura química. d.- Ordene de mayor a menor polaridad los siguientes disolventes: hexano, agua, etanol, acetato de etilo y diclorometano. e.- Averigüe cual es la solubilidad de los compuestos en b en los disolventes listados en d.

2.- MATERIALES Y REACTIVOS MATERIALES gradilla con 6 tubos de ensayos

REACTIVOS hexano o éter de petróleo

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Manual de Laboratorio Curso “Química Orgánica I QUIM 210”, Semestre Otoño 2015 1 espátula 2 pinzas de madera 1 matraz de fondo redondo de 100 mL 1 condensador Allihn o para reflujo 1 soporte universal 2 pinzas de tres dedos con nuez 1 manto calefactor 1 embudo analítico de vástago corto papel filtro rápido 1 matraz Erlenmeyer de 100 o 125mL 1 aro pequeño 1 balanza granataria 1 vidrio de reloj 1 equipo de punto de fusión capilares para punto de fusión 1 piceta con agua destilada piedras de porcelana

acetato de etilo diclorometano etanol ácido benzoico ácido o-nitrobenzoico p-nitroacetanilida ácido salicílico ácido acetilsalicílico dibenzalacetona acetanilida carbón activo

3.- PRÁCTICO Ud. recibirá una muestra impura de un sólido conocido y deberá elegir un disolvente para la recristalización de este sólido. Luego, determinará la pureza del mismo y el rendimiento de la recristalización. 4.- PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL Rotule 5 tubos de ensayo como etanol, agua, hexano, diclorometano y acetato de etilo. Agregue una punta de espátula del sólido puro que se le ha asignado a cada tubo de ensayo y agregue unos 5 mL del disolvente respectivo. Agite los tubos y descarte aquellos en que se ha disuelto el sólido en frío. Caliente los tubos en que no se ha disuelto el sólido en un manto calefactor hasta ebullición y elegir el disolvente en que se ha disuelto totalmente en caliente. Si hay más de un disolvente, elija uno de acuerdo a los criterios expuestos anteriormente. Una vez determinado el disolvente para recristalizar pese el producto impuro e introdúzcalo cuidadosamente en un matraz de fondo redondo de 100 mL. Agregue dos a tres piedras de porcelana y unos 50 mL del disolvente elegido. Adapte al matraz un condensador Allihn y caliente a reflujo en un manto calefactor durante aproximadamente 10 min. Observe que el sólido se disuelva totalmente. Si no se disuelve agregue cuidadosamente alícuotas de 5 mL del disolvente hasta disolución total del compuesto. Tenga cuidado de no llenar el matraz con disolvente. Si esto ocurriera deberá cambiar a un matraz de mayor volumen. Observe el color del compuesto puro y el de su muestra. Si observa una coloración distinta debe agregar carbón activo para decolorar. Filtre en caliente sobre un matraz Erlenmeyer y deje enfriar a temperatura ambiente. Una vez que aparecen los primeros cristales puede enfriar en un baño de hielo para favorecer la recristalización. Filtre los cristales en un equipo de filtración al vacío y recíbalos en un vidrio de reloj previamente pesado. Lleve los cristales a la estufa para secarlos durante unos 15 min (si el disolvente es agua necesitará más tiempo) Tenga cuidado que la temperatura de la estufa no sea muy próxima al punto de fusión o de descomposición del sólido.

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Manual de Laboratorio Curso “Química Orgánica I QUIM 210”, Semestre Otoño 2015 Luego, pese los cristales y determine el rendimiento de la recristalización. Finalmente, determine la pureza mediante el punto de fusión del producto recristalizado. 5.- BIBLIOGRAFÍA: 1.- A.I. Vogel, “ Textbook of Practical Organic Chemistry”, Longmans Group UK Limited, Essex, England, 5° Edición, 1989, pág. 135 2.- R.J. Fessenden, J.S. Fessenden, “ Techniques and Experiments for Organic Chemistry”, Willlard Grant Press, Boston, 3° Edición, 1983, pág. 36-52. 3.- Ray Q. Brewster, “Curso Práctico de Química Orgánica”, Editorial Alhambra, Madrid, España, 2º Edición, 1977, pág. 22-29.

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PRÁCTICO Nº 2: IDENTIFICACIÓN DE FUNCIONES ORGÁNICAS. El análisis cualitativo y caracterización de compuestos orgánicos desconocidos es importante en Química Orgánica. El análisis elemental cualitativo nos indicará los elementos que conforman un compuesto orgánico (H, C, O, N, etc). Sin embargo, este análisis no nos indica el tipo de ordenamiento molecular de estos elementos en el compuesto y, por tanto, no sabremos qué grupo funcional se encuentra presente en la sustancia en estudio. Un compuesto de fórmula molecular C3H6O2 puede tener 6 posibles estructuras o isómeros: O

O

O HOCH2

H3C O CH3

CH3

acetato de metilo

hidroxipropanona

3-hidroxipropanal O H

CH3CH2 OH

H metoxietanal

H

O

O CH3OCH2

HOCH2CH2

ácido propanoico

O CH2CH3 formiato de etilo

Todos estos compuestos tienen funciones orgánicas diferentes por lo que tendrán propiedades químicas y físicas diferentes. Conocido el grupo funcional podremos entender o dar cuenta de la reactividad específica de un compuesto orgánico. La determinación de los grupos funcionales es un análisis que se puede llevar a cabo a través de pruebas de tipo químico o por métodos espectroscópicos. En una primera etapa se determina a qué clase de compuesto corresponde la sustancia a ser analizado mediante un método general. Por ejemplo, determinando su solubilidad en agua podemos determinar si tiene grupos polares; la medición del pH nos indica si es un ácido o una base orgánica. Volvamos al ejemplo del compuesto de fórmula molecular C3H6O2: si es soluble en agua pero no tiene propiedades ácido-base podemos descartar el ácido propanoico que produce soluciones de pH menor que 7. Después de esta clasificación a priori se realiza un estudio más específico para saber qué tipo de funciones orgánicas posee. Así, si tomamos como ejemplo el compuesto de fórmula molecular C3H6O2 y da positivo las pruebas de alcoholes y aldehido podemos identificar el compuesto como el 3-hidroxipropanal. Las reacciones de clasificación deben efectuarse de acuerdo con la siguiente secuencia: aminas, amidas, ácidos carboxílicos, fenoles, ésteres, aldehídos y cetonas, alcoholes, alquenos y alquinos, y, finalmente, alcanos. Este orden garantiza que la presencia de los grupos funcionales que aparecen primero en la lista, harán una mínima interferencia en las pruebas específicas de otros grupos también presentes.

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Manual de Laboratorio Curso “Química Orgánica I QUIM 210”, Semestre Otoño 2015 Como clasificación general se determina el color, aroma y estado físico (Sólido, líquido o gas). Los compuestos con alto grado de aromaticidad o de conjugación de enlaces múltiples son coloreados (de amarillo a rojo) Algunos ésteres poseen olor a frutas y flores. Los ácidos se caracterizan por un olor “punzante” y las aminas tienen olor a pescado. Se debe tener la precaución de inhalar muy levemente, debido a que algunos vapores pueden ser dañinos para el ser humano.

TRABAJO EXPERIMENTAL 1.- PRE-LABORATORIO a.- Defina: -fórmula molecular - isómeros - solubilidad - pH - polaridad de enlace - enlace covalente polar - reacción de óxido-reducción b.- Indique cuáles son los cuatro criterios para determinar que una reacción química ha ocurrido. c.- ¿Por qué los compuestos de bajo peso molecular y con funciones orgánicas que poseen enlaces covalentes polares (alcoholes, aldehidos, cetonas, ácidos carboxílicos) son solubles en agua?¿Y por qué los compuestos con grupos polares y alto peso molecular como el ácido esteárico son insolubles en agua? d.- ¿Por qué los ácido carboxílicos solubles en agua producen disoluciones con pH menor que 7? e.- ¿Por qué las aminas solubles en agua producen disoluciones básicas? f.- Escriba la ecuación química que da cuenta de la solubilidad de una amina primaria con HCl 5%. g.- Escriba la ecuación química que da cuenta de la reacción del ácido propanoico con NaHCO 3 5%. ¿Cómo indica que hay una reacción positiva del ácido? h.- ¿Por qué se puede diferenciar entre un ácido carboxílico y un fenol con una disolución de NaHCO3 5%? g.- Indique el nombre de las funciones orgánicas encerradas en el círculo.

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CHO

O

OH OMe O

HO

O

OH

O H

Cl

N

O

HO

O

NO2

h.- Identifique todas las funciones orgánicas de los siguientes compuestos. O

HO

NC

O

OH

O HO

OH

aspirina

O

OH

genisteína

O N

NH2

O

N

H

NO2

N

O

N nicotina

N

O

H N

HO

benzaldehido cianhidrina

O aspartame

benzonidazol

i.- Indique qué prueba (s) específica (s) usaría para determinar las funciones de las siguientes moléculas. Indique además si existe alguna interferencia entre ellas:

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Manual de Laboratorio Curso “Química Orgánica I QUIM 210”, Semestre Otoño 2015 NC

O HO

Br

HO

CHO

HO O 2N

O COOH HO

NH2

O

Cl

2.- PRÁCTICO. Ud. recibirá una muestra problema a la que deberá determinar las funciones orgánicas presentes. Para ello primero realice las pruebas específicas para cada una de las funciones orgánicas utilizando compuestos patrones y, luego, haga lo mismo con su muestra. No olvide anotar el número de la muestra, sus características físicas (color, olor, estado físico, solubilidad en agua) y el pH. 3.- MATERIALES Y REACTIVOS. MATERIALES Gradilla con 20 tubos de ensayo pinza de madera alambre de cobre mechero papel pH espátula fina gotario piceta con agua destilada

REACTIVOS disoluciones de NaOH 5%, 10% y 1M disolución de NaHCO3 5% disoluciones de HCl 5% y concentrado disoluciones de H2SO4 concentrado y 3N disolución de AgNO3 2% etanol disolución de HNO3 5%. carbonato de sodio (Na2CO3) sólido sulfato aminoferroso sólido disolución metanólica de KOH 2M tetracloruro de carbono (CCl4) disolución de Br2 en CCl4 2%* disolución de KMnO4 2% disolución saturada de 2,4-DNPH o reactivo de Brady** disoluciones de Fehling A y B disolución de K2Cr2O7 5% disolución de FeCl3 2,5% cloruro de cinc (ZnCl2) sólido Amoniaco (NH3) concentrado

* El bromo es muy volátil y tóxico por lo que se recomienda preparar el reactivo no más allá de un día de anticipación. ** Preparación del reactivo de Brady: disolver 1,0 g de DNPH (2,4-dinitrofenilhidrazina) en 5 mL de H2SO4 conc. Esta mezcla se añade lentamente y con agitación a una disolución de agua (7 mL) y etanol (25 mL) y, finalmente, se filtra para eliminar sólidos en suspensión. 4.- PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL. 28

Manual de Laboratorio Curso “Química Orgánica I QUIM 210”, Semestre Otoño 2015 4.1.- PRUEBAS DE SOLUBILIDAD. Debido a que la solubilidad de una sustancia depende de su polaridad, es decir, el reordenamiento de sus átomos en las moléculas, una primera instancia para determinar los grupos funcionales presentes en un compuesto orgánico, podría ser encontrar los disolventes en los cuales dicho compuesto puede ser soluble. El Esquema 1 ilustra un método general para determinar, según los datos de solubilidad, el posible grupo funcional presente en un compuesto orgánico en estudio. Se debe tener presente que los compuestos de alto peso molecular son bastante insolubles en agua mientras que los de bajo peso molecular son solubles en agua. Así, por ejemplo, el ácido esteárico [CH 3(CH2)16COOH] es insoluble en agua mientras que la acetona (CH3COCH3) es muy soluble en agua. COMPUESTO ¿soluble en H2O?

NO

SI

¿soluble en NaOH 5%?

papel pH

azul Aminas

NO

SI

rojo Ác. Carboxílicos

¿soluble en HCl 5%?

¿soluble en NaHCO3 5%?

SI ácido fuerte

Ác. Carboxílicos

NO

NO

SI

ácido débil

bases

Fenoles

Aminas

¿soluble en H2SO4?

SI

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NO

compuestos neutros

compuestos inertes

Alquenos, ésteres alquinos, amidas, cetonas, aldehidos, nitrocompuestos.

Alcanos, Haluros de alquilo, Compuestos Aromáticos

Manual de Laboratorio Curso “Química Orgánica I QUIM 210”, Semestre Otoño 2015 4.2.- PRUEBAS ESPECÍFICAS PARA GRUPOS FUNCIONALES. 4.2.1.- HALÓGENOS 4.2.1.1.- VÍA SECA: PRUEBA DE BEILSTEIN: Se toma un alambre de cobre y se introduce en HCl concentrado y, luego, se pone al rojo en la llama de un mechero hasta que no dé coloración verdosa. El alambre aún al rojo oscuro se introduce en la muestra problema líquida o sólida y se vuelve a calentar en el mechero. Si se produce una llama TOTALMENTE verde la muestra contiene halógenos. Interferencias: El procedimiento tiene más valor como ensayo negativo, en caso de no aparecer coloración, ya que determinados compuestos orgánicos, tales como derivados de piridina, quinoleína, ácidos orgánicos, urea, etc., pueden dar como positivo el ensayo sin que haya halógenos. 4.2.1.2.- VÍA HÚMEDA: PRUEBA DE NITRATO DE PLATA: Los halógenos (Cl, Br y I) forman precipitados insolubles en presencia de iones plata de acuerdo a la siguiente ecuación: RX

+

AgX (s)

AgNO3 (ac)

+

RNO3 (ac)

X: Cl, Br, I

El AgCl es un sólido blanco que expuesto a la luz se torna gris; el AgBr es un sólido amarillento y el AgI es un sólido amarillo. En un tubo de ensayo agregue una gota de la muestra si es líquida o 5 gotas de una disolución etanólica concentrada si es sólida. Se adicionan 2 mL de una disolución de nitrato de plata al 2% y se espera la formación de un precipitado. Si transcurridos 5 min no hay formación de un precipitado, la disolución se calienta suavemente en un manto calefactor. Si se forma el precipitado indica la presencia de halógenos. Interferencia: Los ácidos carboxílicos también dan la prueba positiva al formarse un precipitado insoluble de sales de plata. Si al precipitado formado se adicionan 2-3 gotas de HNO3 al 5% y éste se disuelve entonces estamos en presencia de un ácido carboxílico. Si el precipitado permanece indica la presencia de halógenos.

4.2.2.- ÁCIDOS CARBOXÍLICOS. En un tubo de ensayo coloque 6 gotas del ácido (si es líquido) o 0,1 g (si es sólido). Agregue 1,0 mL de agua destilada y agite. Agregue luego una punta de espátula de carbonato de sodio (Na 2CO3) o bicarbonato de sodio (NaHCO3) Si se observa desprendimiento de gases o burbujas, la prueba se considera positiva. Interferencia: Existen algunos compuestos orgánicos como fenoles, aldehidos, cetonas, anhídridos o ésteres que poseen grupos fuertemente atractores de electrones (halógenos, grupos nitro o carbonilos) que pueden presentar una alta acidez y dar positivo la reacción con carbonato de sodio.

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Manual de Laboratorio Curso “Química Orgánica I QUIM 210”, Semestre Otoño 2015 4.2.3.- NITROCOMPUESTOS. En un tubo de ensayo se colocan una punta de espátula de sulfato aminoferroso [Fe(NH 3)4SO4] y 10 mg del compuesto si es sólido o 3 gotas si es líquido. Se mezclan bien y luego se adicionan 2 mL de una disolución de ácido sulfúrico 3N y 1 mL de una disolución de hidróxido de potasio 2M en metanol. La formación de un precipitado rojo-marrón (café) indica la presencia de grupo nitro (-NO2).

RNO2

+

+

4 H2O

6 Fe(OH)2 (ac)

RNH2

+

6 Fe(OH)3 (s)

4.2.4.- CIANODERIVADOS El grupo ciano (-CN) puede ser hidrolizado en medio ácido formando ácido carboxílico y una sal de amonio. También es hidrolizado en medio alcalino formando carboxilato y desprende amoniaco. Esta última reacción se aprovecha como un test de identificación del grupo CN.

RCN

+

H2O

+

 NaOH (ac)

RCOONa (ac)

+

NH3 (g)

Especial cuidado debe tener en este test puesto que existe la posibilidad de salpicaduras de NaOH en caliente muy corrosivo. No olvide utilizar sus antiparras y guantes. Pídale ayuda a su profesor. En un tubo de ensayo se coloca una pequeña cantidad de muestra y se agregan 2 mL de una disolución de NaOH 1M. Se calienta vigorosamente hasta ebullición en la llama del mechero. El amoniaco formado se detecta por el olor característico y por medio de un papel pH humedecido que se torna azul al contacto de los vapores de amoniaco. El papel pH debe ponerse a unos 5cm de la boca del tubo para evitar que el NaOH de las paredes del tubo o gotas de la disolución en caliente lo tornen azul y dé un falso positivo.

4.2.5.- ALQUENOS Los alquenos sufren reacciones de adición al doble enlace produciendo compuestos totalmente saturados. Esta propiedad química es utilizada para determinar la presencia de dobles enlaces. 4.2.5.1.- PRUEBA DE INSATURACIÓN: En un tubo de ensayo disuelva alrededor de 50 mg o dos gotas de líquido del compuesto en 1 mL de CCl4, y adicione 2 gotas de una disolución al 2 % de Br2 en CCl4. La desaparición del color rojizo de la disolución de bromo indica una reacción positiva. Si hay desprendimiento de vapores de HBr (vapores irritantes) indica que la prueba es negativa ya que es una reacción de sustitución y no de adición. Debe tomar en cuenta que el Br2 es muy volátil por lo que debe asegurarse que el reactivo tenga una coloración anaranjada.

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Manual de Laboratorio Curso “Química Orgánica I QUIM 210”, Semestre Otoño 2015 Tenga precaución con este reactivo puesto que tanto el bromo como el CCl4 son tóxicos. Maneje el reactivo siempre en campana. Br

CCl4

+

Br2 Br

Anaranjado

Incoloro

Interferencias: El Br2 puede dar reacciones de sustitución con compuestos aromáticos (compuestos que poseen anillos bencénicos o similares con grupos activantes) con decoloración de la disolución. El Br2 también es un agente oxidante y puede reaccionar con grupos reductores como los aldehidos dando falsos positivos. 4.2.5.2.- TEST DE BAEYER Se disuelven 25 mg o 2 gotas del compuesto en 2 mL de agua. Lentamente adicione gota a gota una disolución de permanganato de potasio 2%. El test es positivo si el color púrpura desaparece con formación de un precipitado café.

+

KMnO4 (ac)

+ HO

Violeta

MnO2 (s)

OH

Incoloro

Café

Interferencias: El KMnO4 es un agente oxidante y puede reaccionar con grupos reductores como los alcoholes primarios y aldehidos transformándolos en ácidos carboxílicos. Los alcoholes secundarios pueden ser oxidados a cetonas. 4.2.6.- ALDEHÍDOS Y CETONAS El grupo carbonilo de aldehidos y cetonas sufren reacciones de adición-eliminación con derivados del amoniaco e hidracina. La 2,4-dinitrofenilhidracina (2,4-DNPH) es un derivado de la hidracina que reacciona con carbonilos produciendo compuestos sólidos llamados fenilhidrazonas de color amarillo o anaranjado. Mientras mayor es la conjugación de enlaces múltiples, mayor es el tono anaranjado de la fenilhidrazona. Se colocan 6 gotas del compuesto o disolución acuosa o etanólica de la muestra problema en un tubo de ensayo y se adicionan 4 gotas del reactivo de 2,4-DNPH. Agite vigorosamente. La prueba es positiva cuando se forma un precipitado color amarillo o anaranjado. La reacción con aldehidos es mucho más rápida que con cetonas por lo que en algunos casos la formación de precipitado requiere de un tiempo apropiado de formación (máximo 15 minutos) y/o calentamiento en baño maría.

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Manual de Laboratorio Curso “Química Orgánica I QUIM 210”, Semestre Otoño 2015 O2 N

O2 N

H2N

N

+

O

NO2

N

NO2

N

H

+

H2O

H

2,4-DNPH

fenilhidrazona amarillo-anaranjado

La reacción de la 2,4-DNPH no nos permite diferenciar entre aldehidos y cetonas. Para eso se pueden llevar a cabo las siguientes reacciones: 4.2.6.1.- TEST DE TOLLENS: En un tubo de ensayo coloque 10 gotas de una disolución al 2% de nitrato de plata (AgNO3) Agregue 2 gotas de NaOH al 10% para que se forme un precipitado negro. Disuelva este precipitado con adiciones gota a gota de amoniaco concentrado. Añada 3 gotas del compuesto y caliente en baño María por 3 minutos. Enfríe y observe las paredes del tubo. La presencia de un espejo de plata, indica que el compuesto es un aldehído. La formación de un precipitado blanco indica test negativo. O

O H

R

+

2 Ag(NH3)2+

+ 2OH-

R

ONH4

+ NH3 + H2O + 2 Ag (s) espejo de plata

Interferencias: Las hidroximetil alquil cetonas son capaces de isomerizar a aldehidos en medio alcalino dando positivo el Test de Tollens. 4.2.6.2.- PRUEBA DE FEHLING: En un tubo de ensayo coloque 1 mL de disolución de Fehling A y 1 mL de disolución de Fehling B. Agregue 3 gotas del compuesto y caliente a baño María por 5 minutos. Un precipitado rojo indica la presencia de un aldehído O R

O H

+

2 Cu(O2CCHOHCHOHCO2)

+

5OH

-

R

ONa

+ Cu2O + 3H2O +

2 (O2CCHOHCHOHCO2)2-

precipitado rojo

Estas pruebas son muy utilizadas en la química de los carbohidratos.

4.2.7.- ALCOHOLES. Los alcoholes sufren reacciones de oxidación en presencia de oxidantes fuertes con el KMnO 4 y el K2Cr2O7 y reacciones de sustitución. Este tipo de reacciones se utilizan para su identificación.

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Manual de Laboratorio Curso “Química Orgánica I QUIM 210”, Semestre Otoño 2015 Los alcoholes pueden ser clasificados en primarios si el grupo OH está unido a un CH 2, secundario si está unido a un CH y terciario si está unido a un C sin hidrógenos. Estos tienen distinta reactividad la cual se usa para su diferenciación. 4.2.7.1.- TEST DEL DICROMATO DE POTASIO Los alcoholes primarios son oxidados rápidamente a ácidos carboxílicos en presencia de K 2Cr2O7 en medio ácido mientras que los alcoholes secundarios se oxidan más lentamente a cetonas. El dicromato de potasio es de color anaranjado tornándose de un color verde cuando se reduce a Cr 3+. Este cambio de color es un indicador de la reacción positiva. Los alcoholes terciarios no reaccionan en estas condiciones. En un tubo de ensayo coloque 10 gotas de una disolución de dicromato de potasio (K2Cr2O7) al 5%, 3 gotas del compuesto y 3 gotas de ácido sulfúrico concentrado (H2SO4). Observe el cambio de color y la velocidad de reacción. Asegúrese que el compuesto esté en medio acuoso. NO UTILICE ETANOL O METANOL EN LA REACCIÓN ya que éstos disolventes reaccionan con el K2Cr2O7 en medio ácido generando ácidos carboxílicos y dando un falso positivo.

H

O

R C OH

R C OH

H alcohol 1º

ácido carboxílico

R R C OH H

R

+

K2Cr2O7

R C O

anaranjado

+

Cr3+ verde

alcohol 2º

cetona

R R C OH

N.H.R.

R alcohol 3º

Interferencias: Los aldehidos son compuesto reductores por lo que reaccionan con el K2 Cr2O7 en medio ácido generando ácidos carboxílicos. 4.2.7.2.- TEST DE LUCAS El Test de Lucas es una reacción de sustitución en que el grupo OH es reemplazado por Cl catalizada por un ácido de Lewis como el Zn. Mientras mayor es la sustitución del átomo de carbono unido al grupo OH, más favorecida es la reacción de sustitución. Así, los alcoholes terciarios reaccionan rápidamente y los secundarios más lentamente mientras que los primarios no reaccionan.

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Manual de Laboratorio Curso “Química Orgánica I QUIM 210”, Semestre Otoño 2015 En un tubo de ensayo coloque 15 gotas del compuesto, 1 mL de ácido clorhídrico concentrado (HCl) y 0,1g de cloruro de cinc (ZnCl2). Observe el tiempo de reacción. Si en 5 minutos o menos la mezcla se enturbia indica la presencia de un alcohol 3º; si se demora más de 5 min indica un alcohol 2º. Si la muestra no cambia después de 10 min el alcohol es 1º.

4.2.8.- FENOLES Los fenoles, a pesar de tener un grupo OH, no tienen la misma reactividad que los alcoholes y, por ello, se clasifican y estudian aparte. En un tubo de ensayo coloque 1 mL de disolución del compuesto y adicione 2 a 3 gotas de disolución acuosa de tricloruro de hierro al 2,5%. Se debe observar una fuerte coloración violeta, azul o verde. La formación del color azul se debe a la formación de un complejo entre el fenol y el ión Fe 3+. Los fenoles también pueden dar disoluciones de pH menores que 7, especialmente si tienen grupos muy electronegativos en su estructura.

5.- BIBLIOGRAFÍA: Pavia, D., “Introduction to Organic Laboratory Techniques”, Editorial Brooks & Cole-Thomson Learning, Belmont, USA, (2005), 4º edition, pág. 468

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PRÁCTICO N° 3: EXTRACCIÓN DE EUGENOL A PARTIR DE CLAVOS DE OLOR (Eugenia spp) El eugenol es el compuesto natural extraído de algunos aceites esenciales como de aceite de clavo de olor, de canela y nuez moscada. Es el componente mayoritario (70-90%) del aceite de clavo de olor y le da el aroma característico. Otros componentes son el cariofileno y otros terpenos. El clavo de olor corresponde a las flores secas del gran árbol perennifolio Eugenia caryophyllata procedente de Indonesia. Hoy en día se produce en la isla de Zanzíbar en África, India, Brasil y las Antillas. Su uso culinario ha sido reportado desde la Antigüedad. También se utiliza como antiséptico y analgésico bucal, como saborizante y en perfumería. El eugenol (C10H12O2) es un compuesto fenólico derivado del guaiacol (o-metoxifenol) con un grupo alilo en posición 4. En un líquido oleoso de color amarillento, insoluble en agua y soluble en disolventes orgánicos. H3C

HO

CH

CH3O

CH3

H3C

CH2 H2C cariofileno

eugenol

El aceite de clavo de olor es obtenido a partir de los clavos de olor por destilación por arrastre de vapor de agua. La destilación es una técnica que permite la purificación de un líquido, la remoción de un disolvente o la separación de mezclas de líquidos. En la destilación el líquido se calienta en un recipiente adecuado (matraz, balón, etc.) hasta su punto de ebullición y luego se condensan los vapores producto de la ebullición en otro recipiente. Existen variadas modalidades de destilación: La destilación simple se utiliza cuando se desea purificar o eliminar un disolvente o cuando hay mezclas de disolventes con puntos de ebullición (p.eb.) muy diferentes. Por ejemplo, una mezcla de acetona (p.eb.=56 ºC) y agua (p.eb.=100 ºC) La destilación fraccionada se utiliza para purificar disolventes de una mezcla cuyos puntos de ebullición son muy similares, como una mezcla de etanol (p.eb.= 78 ºC) y agua. La destilación al vacío es la técnica elegida cuando se desea purificar o eliminar un disolvente con un punto de ebullición muy elevado o cuando es muy termolábil (se descompone a altas temperaturas). Esta destilación es la utilizada por los evaporadores rotatorios o “rotavapores” para la eliminación de disolventes que contienen compuestos naturales. La destilación por arrastre de vapor de agua se utiliza para extraer sustancias orgánicas con un alto punto de ebullición y que forma mezclas inmiscibles con el agua y ligeramente volátiles de otras no volátiles como resinas

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Manual de Laboratorio Curso “Química Orgánica I QUIM 210”, Semestre Otoño 2015 y sales inorgánicas. Este es el caso de los aceites esenciales y sus fuentes naturales. Se utiliza especialmente para extraer productos naturales como esencias de flores y hojas y ocasionalmente como alternativa a la destilación al vacío. Cuando se tienen mezclas de líquidos que no son miscibles entre sí, se tiene un tipo de destilación que sigue la ley de Dalton sobre las presiones parciales. Según este Principio la presión total de vapor de una mezcla de líquidos

inmiscibles es igual a la suma de las presiones de vapor de los componentes individuales. La presión de vapor se define como la presión en la cual la fase líquida y gaseosa de una sustancia a una determinada temperatura se encuentra en equilibrio. La presión total de la mezcla se iguala a la presión atmosférica y la mezcla ebulle a una temperatura mucho menor que el punto de ebullición de cualquiera de los componentes de la mezcla. Así, para mezclas inmiscibles se tiene: Ptotal = P°A + P°B donde P°A y P°B son las presiones de vapor de los componentes puros. Este comportamiento es diferente a aquel de los líquidos miscibles en que la presión total de la mezcla depende de la composición de la mezcla a una temperatura dada. Ptotal = AP°A + BP°B donde P°A y P°B son las presiones de vapor de los componentes puros y A y B son las fracciones molares de los componentes de la mezcla. El único inconveniente de esta técnica es que para compuestos con una presión de vapor muy baja se necesitan grandes volúmenes de agua para poder destilarlos. Es por ello que esta técnica es muy útil en el caso de compuestos con una presión de vapor alta como son los aceites esenciales de las plantas. El equipo de destilación por arrastre de vapor no difiere mucho del equipo de destilación simple. Si se tiene un balón pequeño y un producto de presión de vapor baja es conveniente ajustar un embudo de decantación para reponer el agua que se va evaporando. TRABAJO EXPERIMENTAL. 1.- PRE-LABORATORIO. a.- Identifique las funciones químicas del eugenol y el cariofileno. ¿Qué prueba (s) específica (s) podría utilizar para diferenciar ambos compuestos? b.- Clasifique las funciones químicas del eugenol y del cariofileno de acuerdo a sus características ácido-base. c.- De acuerdo a las características ácido-base escriba la ecuación química del eugenol y del cariofileno en presencia de: - bicarbonato de sodio 5% - NaOH 5% - HCl 5% d.- ¿Por qué es posible separar el eugenol del cariofileno mediante tratamiento con KOH? 37

Manual de Laboratorio Curso “Química Orgánica I QUIM 210”, Semestre Otoño 2015 e.- Determine el porcentaje de eugenol de una muestra de 6,3 g de clavos de olor si se extraen 250 mg de la esencia. f.- Calcule la masa de eugenol que se puede extraer de 5,5 g de clavos de olor si se sabe que éste contiene un 10% del aceite. Calcule el porcentaje de rendimiento de la extracción si se obtienen 350 mg de eugenol de la muestra. g.- Busque las constantes físicas del eugenol y del cariofileno. 2.- PRÁCTICO Ud. recibirá un sobre de clavos de olor comercial al cual debe determinar el porcentaje de eugenol presente en la muestra.

3.- MATERIALES Y REACTIVOS. MATERIALES 1 matraz de fondo redondo de 250 mL 1 matraz de fondo redondo de 50 mL 2 matraz Erlenmeyer de 125 mL 2 vasos de precipitados de 100 mL 1 embudo de decantación de 250 mL 1 condensador Liebig 1 cabezal de destilación 1 termómetro esmerilado 1 adaptador de destilación 1 manto calefactor 1 soporte universal 2 pinzas de tres dedos con nuez respectiva 1 piceta con agua destilada Piedras de porcelana 1 embudo analítico de vástago corto papel filtro rápido Evaporador rotatorio 1 balanza granataria 1 balanza analítica

REACTIVOS Diclorometano (100mL aproximadamente) disolución de KOH 5% disolución de HCl concentrado sulfato de sodio (Na2SO4)anhidro

4.- PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL: Pese aproximadamente 5g de clavos de olor e introdúzcalos enteros en un matraz de fondo redondo de 250 mL. Agregue aproximadamente 150 mL de agua destilada y dos a tres piedras de porcelana y caliente hasta recibir unos 100 mL de destilado. Vierta el destilado en un embudo de decantación con tapa y extraiga el destilado con dos porciones de 20 mL de diclorometano. Luego, extraiga la disolución de diclorometano con dos porciones de 10 mL de una disolución de KOH al 5%. El eugenol quedará en la fase acuosa (fase superior ya que el agua es menos densa que el diclorometano). Acidifique la disolución acuosa agregando gotas de una disolución de HCl concentrado hasta total opalescencia y extraiga con dos porciones de 20 mL de diclorometano. Vierta la fase

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Manual de Laboratorio Curso “Química Orgánica I QUIM 210”, Semestre Otoño 2015 orgánica en un matraz de Erlenmeyer y agregue sulfato de sodio anhidro para eliminar el agua residual. Luego, filtre con un papel filtro simple sobre un matraz de fondo redondo previamente tarado. Elimine el diclorometano calentando el matraz casi hasta sequedad en un evaporador rotatorio. No debe sobrecalentar el matraz para evitar la descomposición del eugenol. Pese el matraz con el producto y calcule el porcentaje de eugenol a partir de los clavos de olor.

5.- BIBLIOGRAFÍA: Fessenden, R.J., Fessenden, J.S., “Techniques and Experiments for Organic Chemistry”, 3° Edición, Willlard Grant Press, Boston, (1983), págs. 344-348.

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PRÁCTICO N° 4: SEPARACIÓN DE LOS COMPONENTES DE UNA TABLETA ANALGÉSICA Los comprimidos son formas farmacéuticas sólidas generalmente discoideos o lenticulares, aunque en la actualidad existe una enorme gama de formas. Se obtienen por la compresión de principios activos solos o asociados a excipientes. Los métodos de elaboración, ordenados de menor a mayor complejidad son compresión directa, granulación vía seca y granulación vía húmeda. La selección de uno u otro método dependerá de las características tanto del principio activo como de los excipientes. Los excipientes son aditivos que se utilizan para transformar la sustancia farmacológicamente activa en una forma farmacéutica y, por lo tanto, pueden influir en las propiedades químicas y/o físicas del principio activo. Estos excipientes deben ser inertes y estar aprobados por los organismos regulatorios. De acuerdo a la función que ejercen son clasificados en nueve grupos principales, dentro de los cuales se encuentran los aglutinantes como son el almidón, la celulosa microcristalina y la sílicagel. Todos estos componentes son insolubles en agua y en algunos disolventes orgánicos comunes. Los analgésicos son compuestos utilizados para el tratamiento del dolor y la inflamación. Se clasifican en dos grandes grupos: los antiinflamatorios no esteroidales (AINE) y los opiáceos. Dentro de los primeros se encuentra la aspirina o ácido acetilsalicílico. Muchas compuestos se han sintetizados a partir de la estructura de la aspirina para mejorar sus propiedades analgésicas y antiinflamatorias. Otras estructuras, como el paracetamol o acetaminofeno, fueron descubiertos por casualidad. El paracetamol se encontró en la orina como un metabolito de la acetanilida, un antipirético utilizado a finales del siglo XIX, el cual se aisló y se comprobó su efecto antipirético y analgésico. Por otro lado, la cafeína, un alcaloide del grupo de las xantinas, es un estimulante del sistema nervioso central y se utiliza como adyuvante en mezcla con otros analgésicos. Clínicamente se ha determinado que reduce las dosis de paracetamol en el tratamiento de cefaleas y migrañas. Inspeccionando las estructuras del paracetamol, de la aspirina y de la cafeína nos damos cuenta que corresponden a un ácido orgánico débil, a un ácido orgánico fuerte y a una especie básica, respectivamente. O H

N

CH3

O

O

OH H3C CH3

O O

N

N N

N

CH3

OH paracetamol

O

CH3

aspirina

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cafeína

Manual de Laboratorio Curso “Química Orgánica I QUIM 210”, Semestre Otoño 2015 De acuerdo a sus estructuras tan diversas y sus funciones orgánicas tienen diferentes solubilidades en agua y disolventes orgánicos, cualidad que es de suma importancia para su separación y purificación. Es así que el paracetamol no es soluble en éter, cloroformo y diclorometano y es muy soluble en etanol mientras que la cafeína y la aspirina son muy solubles en diclorometano. A su vez, tanto el paracetamol como la aspirina reaccionan con disoluciones básicas y forman sales solubles en agua mientras que la cafeína no reacciona. TRABAJO EXPERIMENTAL 1.- PRE-LABORATORIO a.- Identifique las funciones orgánicas de los tres componentes y clasifíquelos de acuerdo a sus propiedades ácido-base. b.- Escriba las reacciones de los tres componentes con: - bicarbonato de sodio 5% - NaOH 5% - HCl 5% c.- Si a la mezcla de los tres componentes se agrega KOH 5% ¿cuántas fracciones se obtienen y qué componentes contienen? Si agregamos NaHCO3 5% ¿cuántas fracciones se obtienen? ¿Y si agregamos HCl 5%? d.- Indique qué prueba (s) específica (s) podría utilizar para diferenciar estos tres compuestos. e.- Busque las constantes físicas de los tres compuestos.

2.- PRÁCTICO Ud. recibirá dos tabletas de un analgésico que contiene paracetamol, aspirina y cafeína y deberá separar los tres componentes de acuerdo a sus propiedades de solubilidad en distintos disolventes además de determinar el porcentaje de extracción de los mismos. 3.- MATERIALES Y REACTIVOS MATERIALES

REACTIVOS

1 matraz de fondo redondo de 50 mL

diclorometano (50mL aproximadamente)

1 matraz Erlenmeyer de 125 mL

disolución de KOH 3M

1 vaso de precipitados de 100 mL

disolución de HCl concentrado

2 tubos de ensayo con gradilla

sulfato de sodio (Na2SO4) anhidro

1 pinza de madera

etanol absoluto p.a.(10 mL proximadamente)

1 bagueta 1 piceta con agua destilada 1 mortero 1 manto calefactor

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Manual de Laboratorio Curso “Química Orgánica I QUIM 210”, Semestre Otoño 2015 1 soporte universal 3 embudos analíticos de vástago corto 1 espátula fina 1 pipeta Pasteur 1 vidrio de reloj papel filtro rápido 1 barra magnética 1 placa calefactora con agitación magnética 1 embudo Büchner 1 matraz Kitasato Evaporador rotatorio 1 balanza analítica

4.- PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL: Disgregue las tabletas en un mortero y pulverice. Una vez obtenido un polvo fino y homogéneo traspáselo a un tubo de ensayo o matraz Erlenmeyer pequeño y agregue 8 mL de CH2Cl2. Agite y caliente suavemente la mezcla sobre un manto calefactor con agitación constante hasta ebullición. No permita que se evapore el disolvente. Deje enfriar y filtre sobre otro tubo de ensayo. Rotule la disolución orgánica como disolución 1. Coloque el precipitado obtenido en el tubo de ensayo anterior y luego adicione 4 mL de C2H5OH y caliente a ebullición sobre un manto calefactor. Filtre la mezcla en caliente sobre un vaso de precipitados previamente tarado. Complete la transferencia de la disolución etanólica arrastrando con etanol caliente. Evapore el etanol por calentamiento suave sobre un manto calefactor y constante agitación. Evite el sobrecalentamiento puesto que el paracetamol se descompone a altas temperaturas. Si la disolución toma un color amarillento retire del calor y baje la temperatura. Una vez que se ha evaporado todo el etanol aparecen unos cristales blancos ene l fondo del vaso de precipitados. Deje enfriar y pese. Con la diferencia de peso obtendrá la masa de paracetamol extraída. A la disolución 1 agregue 4 mL de una disolución de NaOH 3 M y agite. Remueva la fase acuosa cuidadosamente con una pipeta Pasteur y llévela a un matraz Erlenmeyer de 125 mL. Repita la extracción con NaOH y junte ambas fases acuosas. Después de la extracción con álcali adicione 1 mL de H2O y agite para luego remover la fase acuosa, la que debe combinar con las anteriores. Esta disolución acuosa rotúlela como disolución 2 y la disolución orgánica rotúlela como disolución 3. A la disolución 3 adicione Na2SO4 anhidro para eliminar los restos de agua. Agite la disolución unos minutos y deje reposar tapado ± 2 min, para completar el proceso de secado. Decante, filtre sobre un matraz de fondo redondo previamente tarado y lave el agente secante con pequeñas porciones de CH 2Cl2 y filtre. Elimine el

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Manual de Laboratorio Curso “Química Orgánica I QUIM 210”, Semestre Otoño 2015 diclorometano en el evaporador rotatorio. Pese en balanza analítica y por diferencia de peso obtendrá la cantidad de cafeína extraída. A la disolución 2 adicione gota a gota una disolución de HCl concentrado hasta obtener un precipitado blanco. Agregue un poco de agua y caliente en una placa calefactora con agitación magnética hasta que se disuelva totalmente el precipitado. Evite el sobrecalentamiento puesto que si calienta a ebullición por demasiado tiempo se puede hidrolizar la aspirina al respectivo ácido salicílico y ácido acético haciendo disminuir el rendimiento y la pureza. Deje enfriar a temperatura ambiente hasta que aparezcan los primeros cristales para luego enfriar en un baño de hielo. Filtre al vacío los cristales lavándolos con pequeñas porciones de agua. Los cristales de aspirina se colocan en un vidrio de reloj previamente tarado y se llevan a la estufa para secarlos. Pese los cristales secos y por diferencia de peso obtendrá la masa de aspirina extraída. Calcule el rendimiento de extracción de cada componente tomando en cuenta los valores informados por el fabricante. 5.- BIBLIOGRAFÍA Fieser, L. F., Williamson, K. L., “Organic Experiments”, D. C. Heath and Company, Lexington, USA (1992), 7ª Ed., págs. 189-193.

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PRÁCTICO N° 5: REACCIÓN DE SUSTITUCIÓN NUCLEOFÍLICA. SÍNTESIS DE CLORURO DE t-BUTILO A PARTIR DE t-BUTANOL. El grupo –OH de los alcoholes es un grupo saliente pobre y no sufre un desplazamiento directo por un nucleófilo. Así, los alcoholes son inertes a nucleófilos tales como Br - o Cl- si las condiciones de reacción son neutras o alcalinas. En una disolución fuertemente ácida, sin embargo, la sustitución puede ocurrir. La razón es que, en soluciones ácidas, el grupo –OH puede ser protonado y salir como agua que es un buen grupo saliente. La reactividad de los distintos alcoholes es diferente en estas condiciones. Un alcohol 1º reacciona a través de un mecanismo de sustitución nucleofílica bimolecular (SN2) mientras que un alcohol terciario, como el tercbutanol, sufre un mecanismo de sustitución nucleofílica unimolecular (SN1) Los alcoholes 2º, dependiendo de su estructura, reaccionan mediante mezcla de los dos mecanismos. El mecanismo SN1 se caracteriza por la formación de un carbocatión intermediario que es el responsable de la velocidad de la reacción. Mientras mayor es la estabilidad de este carbocatión, mayor será la velocidad de la reacción de sustitución. Este mecanismo SN1 para el t-butanol se caracteriza por tres etapas:

1° etapa: protonación CH 3 H 3C

¨ CH ¨

OH

+

CH 3

rápido

H+

+ OH 2

H 3C

¨

CH 3

3

terc-butanol

2° etapa: ionización CH 3 + H 3C OH 2

lento

¨

CH3 H3C

CH 3

+

¨ ¨

+

H2O

CH3

3° etapa: ataque nucleofílico CH 3 +

H 3C

CH 3

+

:Cl¨ :-

¨

CH3 rápido

H 3C

Cl CH3

2-cloro-2-metilpropano ( cloruro de terc-butilo)

TRABAJO EXPERIMENTAL 1.- PRE-LABORATORIO a.- Averigüe cuáles son las características estructurales que debe tener un alcohol para reaccionar a través de un mecanismo SN1 o SN2

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Manual de Laboratorio Curso “Química Orgánica I QUIM 210”, Semestre Otoño 2015 b.- Indique por qué el t-butanol genera un carbocatión más estable que el isopropanol (2-propanol) c.- Escriba el mecanismo detallado del mecanismo SN1 para el isopropanol en presencia de HCl. d.- Averigüe por qué el cloruro de t-butilo se puede purificar mediante destilación simple en presencia de agua y t-butanol como impurezas. e.- ¿Cómo las impurezas afectan el punto de ebullición de un líquido? f.- ¿Cómo la presión atmosférica afecta el punto de ebullición de un líquido? g.- Averigüe qué se entiende por “punto de ebullición corregido.” h.- ¿Qué prueba (s) específica (s) podría utilizar para determinar que ha obtenido cloruro de t-butilo? i.- Busque las constantes físicas del t-butanol y del cloruro de t-butilo. j.- Calcule el rendimiento teórico de la reacción si se hacen reaccionar 25 mL de t-butanol al 98% de pureza con un exceso de HCl concentrado. ¿Cuál es el rendimiento de la reacción si se obtienen 15 mL de cloruro de t-butilo puro? k.- ¿Cuántos mL de t-butanol al 97% (d = 0,75 g/mL) debe medir para obtener 50 mL de cloruro de t-butilo puro si la reacción tiene un 87% de rendimiento? 2.- PRÁCTICO Ud. deberá sintetizar y purificar cloruro de t-butilo a partir de t-butanol y HCl concentrado para, posteriormente, determinar el porcentaje de rendimiento de la reacción. 3.- MATERIALES Y REACTIVOS MATERIALES 1 matraz de fondo redondo de 100 mL 1 embudo de decantación de 250 mL 2 matraz Erlenmeyer de 125 mL 1 probeta de 100 mL 2 vasos de precipitados de 100 mL 1 condensador Liebig 1 cabezal de destilación 1 termómetro esmerilado 1 adaptador de destilación 1 manto calefactor 1 soporte universal 2 pinzas de tres dedos con nuez respectiva 1 piceta con agua destilada piedras de porcelana 1 embudo analítico de vástago corto papel filtro rápido 1 balanza analítica 1 aro para embudo de decantación

REACTIVOS disolución de HCl concentrado disolución de NaHCO3 5% sulfato de sodio (Na2SO4) o cloruro de calcio (CaCl2) anhidro t-butanol anhidro p.a.

4.- PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

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Manual de Laboratorio Curso “Química Orgánica I QUIM 210”, Semestre Otoño 2015 En un embudo de decantación de 250 mL se colocan 25 mL de t-butanol anhidro al 98% (PM= 74,12 g/mol; d= 0,79 g/mL) y 65 mL de ácido clorhídrico concentrado. La mezcla se agita suavemente al principio y más enérgica después, durante 20 min. Después de las primeras agitaciones se debe aflojar la llave del embudo para aminorar la presión interna. Se deja reposar la mezcla durante unos minutos para que se separen las fases. Se descarta la fase acuosa (fase inferior) y la fase orgánica se lava con 20 mL de una disolución de bicarbonato de sodio al 5% y después con 20 mL de agua. Se vierte sobre un matraz Erlenmeyer y se seca la fase orgánica con sulfato de sodio o cloruro de calcio anhidro. Se filtra a través de papel filtro plegado a un balón de destilación, se agregan 1-2 piedras de porcelana y se destila en un aparato de destilación simple. Se recoge la fracción que destila entre 49-51°C en un matraz Erlenmeyer previamente tarado. Pese el matraz que contiene el cloruro de tbutilo (PM: 92,57 g/mol; d= 0,84 g/mL) y determine el rendimiento de la reacción (no olvide anotar la pureza del t-butanol para hacer los cálculos) El rendimiento de la reacción es de 90%

5.- BIBLIOGRAFÍA 1.- Vogel, A.I., “ Vogel’s Textbook of Practical Organic Chemistry”, Longman Group UK Limited, Londres, England, 5° Edición, (1989), págs. 255-256

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PRÁCTICO N° 6: REACCIÓN DE ADICIÓN-ELIMINACIÓN. PREPARACIÓN Y PROPIEDADES DEL JABÓN La manufactura del jabón es una de las síntesis más antiguas de las que tiene conocimiento el hombre. Los sumerios en el siglo XXX a.C. ya lo fabricaban hirviendo grasa de cabra con cenizas y utilizando su residuo para el lavado. Los egipcios utilizaban una mezcla de agua, aceites y ceras vegetales con función desengrasante. Los romanos utilizaban el residuo del tratamiento de la cenizas de haya y cebo de cabra que adoptaron de los galos en la época de Julio César. Ya en el siglo VI se conocía en toda Europa meridional y se expandió su uso en las épocas siguientes para uso personal. La reacción así generada es similar a la que hoy en día realizan a gran escala los modernos fabricantes de jabón: la hidrólisis de los triglicéridos. Desde sus inicios la obtención de jabones ha sufrido refinamientos considerables que han permitido la obtención de un mejor producto. Con el desarrollo del amoniaco por el químico belga Solvay, el costo de producir jabones con amoniaco y no con sosa, bajo considerablemente el costo de obtención del jabón al igual que mejoro la cantidad y calidad del producto, lo cual permitió el florecimiento de la industria de jabones. Así mismo se pudo observar que con hidróxido de sodio se obtiene un jabón más fuerte en cambio con hidróxido de potasio se producen jabones más suaves. Del mismo modo se puede decir que el empleo de aceites en lugar de grasas permite la obtención de jabones líquidos. La hidrólisis alcalina de los triglicéridos produce sales de ácidos carboxílicos y glicerina. Debido a que es una reacción para generar jabón (del latín sapo que proviene del germánico saipôn), se conoce químicamente como saponificación. Así, la saponificación es la hidrólisis alcalina de ésteres. Las grasas y aceites, denominados generalmente como triglicéridos, son triésteres derivados del glicerol o glicerina y tres ácidos carboxílicos. O H

H H

O O

H

O

H

R R

O

O

+

3 NaOH

H

OH

H

OH

H

OH

O

+

3 NaO

R

R H

H

Glicerina o glicerol

Triglicérido

Jabón

Las grasas (de origen animal), se diferencian de los aceites (de origen vegetal), en que las primeras son sólidas a temperatura ambiente y los segundos son líquidos a la misma temperatura. En general, los aceites tienen ácidos carboxílicos de cadena insaturada mientras que las grasas poseen cadenas alifáticas saturadas. Los ácidos carboxílicos que se obtienen de la hidrólisis de las grasas o aceites naturales suelen tener cadenas hidrocarbonadas no ramificadas, con un número par de átomos de carbono: ácido decanoico (mirístico), ácido

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Manual de Laboratorio Curso “Química Orgánica I QUIM 210”, Semestre Otoño 2015 hexadecanoico (palmítico), ácido octadecanoico (esteárico) o ácido ácido cis-9-octadecenoico (oleico), entre otros. Los jabones solubles en agua, obtenidos con NaOH se denominan jabones duros, mientras que los que se obtienen con KOH se denominan jabones blandos. Cuando se emplean hidróxidos de metales de transición o alcalino térreos los jabones son insolubles en agua y no presentan acción detergente. TRABAJO EXPERIMENTAL. 1.- PRE-LABORATORIO a.- Defina ácido graso, triglicérido, jabón y saponificación. b.- Averigüe por qué la reacción de saponificación es una reacción de Adición-Eliminación. c.- Escriba el mecanismo detallado de la reacción de saponificación del acetato de etilo con KOH. d.- Averigüe por qué los jabones tienen acción detergente. e.- Averigüe en qué consiste la dureza del agua. f.- ¿Cómo se comportan los jabones en aguas duras y blandas? 2.- PRÁCTICO Ud. deberá preparar jabón a partir de manteca de cerdo y comprobar sus acción espumante y solubilidad en distintas disoluciones de electrolitos. 3.- MATERIALES Y REACTIVOS MATERIALES 1 vaso de precipitados de 100 mL 1 vaso de precipitados de 150 mL 1 vaso de precipitados de 500 mL 1 placa calefactora con agitación magnética 1 barra magnética 1 bagueta 1 gradilla con 10 tubos de ensayo 1 piceta con agua destilada 1 balanza granataria 1 probeta de 100 mL 1 paño o colador 1 embudo Büchner 1 matraz Kitasato 1 espátula 1 pipeta Pasteur

REACTIVOS cloruro de potasio (KCl) cloruro de calcio (CaCl2) cloruro de sodio (NaCl) manteca de cerdo o similar (15g aprox.) etanol absoluto p.a. (100 mL aprox.) disolución de NaOH 5% disolución de HCl 5% hielo tricloruro de hierro (FeCl3) cloruro de magnesio (MgCl2)

4.- PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL 4.1.- PREPARACIÓN DE JABÓN Coloque 12g de manteca en un vaso de precipitados de 150 mL y caliente suavemente hasta que se funda la grasa. Agregue 5g de hidróxido de sodio disueltos en 15 mL de agua destilada, y finalmente adicione 10 mL de etanol . Agite la mezcla y caliente la disolución hasta que ebulla suavemente. Mantenga el volumen de la

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Manual de Laboratorio Curso “Química Orgánica I QUIM 210”, Semestre Otoño 2015 disolución agua / etanol constante. Para ello prepare una mezcla de 25 mL de etanol y 25 mL de agua destilada. Agite constantemente la disolución (En caso que la mezcla solidifique, disgréguela con una bagueta). Después de 40 minutos de calentamiento, la saponificación está completa (se comprueba por la ausencia del olor del ácido graso). Vierta la disolución caliente sobre 300 mL de una disolución saturada de NaCl, y agregue 50 mL de agua. Filtre el precipitado inicialmente a través de un paño o colador y luego al vacío. Lave cinco veces con una mezcla de agua / hielo. Deje secar un poco el producto húmedo obtenido y calcule el rendimiento de la reacción, asumiendo que la grasa está formada por ácido palmítico y glicerol. 4.2- PROPIEDADES DEL JABÓN Prepare una disolución al 1% p/p aproximadamente del jabón obtenido en agua destilada y realice las siguientes pruebas. 1.- En un tubo de ensayo con 10 mL de disolución de jabón agregue 2 a 3 gotas de una disolución de HCl 5%. Observa tanto la presencia o ausencia de precipitado como la formación de espuma al agitar. A la misma disolución agregue unas gotas de una disolución de NaOH 5% y registre sus observaciones. Escriba las ecuaciones químicas correspondientes. 2.- En cuatro tubos de ensayo se colocan las siguientes sales inorgánicas: cloruro de calcio, cloruro de magnesio, trcloruro de hierro y cloruro de potasio. Añada en cada tubo 5 mL de la disolución jabonosa y registre sus observaciones. Escriba las ecuaciones químicas correspondientes. 3.- Mezcle 10 mL de la disolución jabonosa con 10 mL de agua de la llave y agite vigorosamente. Explique la acción del agua dura. 5.- BIBLIOGRAFÍA 1.- Eaton, D.C., “Laboratory Investigations in Organic Chemistry”, Editorial Mc Graw-Hill, USA (1989), págs. 406-412 2.- Landgrave, J.A., “Theory and Practice in Organic Chemsitry”, Editorial Books & Cole, USA (1993), 4º edición. 3.- Wade, L.G., Jr., “Organic Chemistry”, Editorial Pearson Prentice Hall, USA (2006), 6º edición, pág. 994

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PRÁCTICO RECUPERATIVO: EXTRACCIÓN SOXHLET. EXTRACCIÓN DE ACEITE DE SEMILLAS. La extracción es una técnica que tiene por objeto separar una sustancia (sólida o líquida) del material (sólido o líquido) que la contiene mediante el uso de disolvente en que es miscible. Por extracción pueden aislarse y purificarse numerosos compuestos de origen natural tales como vitaminas, alcaloides, esencias, grasas, hormonas, colorantes, etc. Existen diferentes técnicas de extracción en que se utilizan diferentes aparatos según sea la exigencia de la experiencia, tipo de disolvente a emplear y estado de material a extraer. Las más usadas son: a.- Extracción líquido-líquido: esta técnica se basa en la diferente distribución de un soluto entre dos disolventes inmiscibles, tales como agua y éter etílico, etanol y benceno, etc. Es una extracción discontinua y se lleva a cabo en un embudo de decantación. b.- Extracción líquido-sólido: se basa en la extracción de un sólido o líquido de una muestra sólida que lo contiene mediante el uso de un disolvente en caliente. Es una extracción continua y se lleva a acabo en un aparato denominado Soxhlet El aparato Soxhlet tiene muchas ventajas: 

El disolvente y la muestra están en contacto íntimo y repetido, de modo que se mejora muchísimo la extracción porque siempre se emplea un disolvente limpio.



El disolvente que extrae está caliente y favorece la solubilidad del analito.



No se requiere filtración posterior puesto que el disolvente orgánico se evapora quedando sólo el analito.



Hay una gran capacidad de recuperación del analito ya que la extracción con disolvente es continua.

Pero como toda técnica también tiene sus desventajas. 

Es un proceso extremadamente lento e imposible de acelerar.



Se requiere gran cantidad de disolvente.



Es inaplicable a analitos termolábiles (se descomponen con el calor) o que reaccionan en caliente.



Se necesita una etapa final de evaporación del disolvente.



El método es independiente de la matriz.

TRABAJO EXPERIMENTAL 1.- PRE-LABORATORIO a.- Investigue la composición del aceite de maravilla, de maní, de almendras y de pepas de zapallo. b.- Investigue a qué se le llama “ácidos trans”, “ácidos omega-3” y “ácidos omega-6”. c.- Averigüe la proporción de aceite en semillas de maravilla, de maní, de almendras y de pepas de zapallo.

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Manual de Laboratorio Curso “Química Orgánica I QUIM 210”, Semestre Otoño 2015 d.- Averigüe por qué se utiliza específicamente éter de petróleo o hexano en la extracción de lípidos de fuentes naturales. 2.- PRÁCTICO Ud. deberá extraer el aceite de una muestra de semillas molidas de maravilla, de maní, de almendras y de zapallo mediante una extracción con Soxhlet y determinar el porcentaje de éste en la muestra. 3.- MATERIALES Y REACTIVOS MATERIALES 1 matraz de fondo redondo de 500 mL 1 manto calefactor 1 soporte universal 2 pinzas de tres dedos con nuez 1 cartucho de papel filtro poroso 1 espátula 1 balanza granataria 1 extractor Soxhlet piedras de porcelana 1 probeta de 250 mL 1 evaporador rotatorio 1 vaso de precipitados de 100 mL

REACTIVOS Semillas molidas de maravilla (10g) Semillas molidas de maní (10g) Semillas molidas de almendras (10g) Semillas molidas de zapallo (10g) Éter de petróleo o hexano (400 mL aprox.)

4.- PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL. Pese un cartucho vacío de papel filtro poroso en la balanza granataria y luego agregue aproximadamente 5,00g de la semilla molida. No llene completamente el cartucho para poder cerrarlo en la parte superior y evitar la pérdida de material. Anote exactamente la masa del sólido (Mh) Coloque cuidadosamente el cartucho con la muestra en el vaso del extractor Soxhlet asegurándose de que no quede demasiado apretado. En un matraz de fondo redondo de 500 mL agregue dos a tres piedras de porcelana y péselo en la balanza granataria, anotando la masa exacta (M1) Sujete por el cuello el matraz con una pinza de tres dedos e introdúzcalo en el manto calefactor. Luego conecte a este matraz el extractor Soxhlet. Agregue al contenedor de la muestra unos 250 mL de éter de petróleo o hexano hasta que se vacíe por el sifón (el disolvente con algo de material disuelto caerá en el matraz). Luego ajuste el condensador y comience a calentar suavemente. Con la ayuda de su profesor verifique que el equipo esté correctamente armado. Una vez que comienza el reflujo del disolvente desde el condensador sobre la muestra extraiga los lípidos durante al menos 1 hora. Una vez alcanzado el tiempo de extracción deje enfriar y lleve el matraz de fondo redondo a un evaporador rotatorio para eliminar todo el disolvente. Deje enfriar y pese el matraz anotando su peso (M2) Para el cálculo del contenido de grasa en tanto por ciento, se aplica la siguiente fórmula:

%G=

M2

Mh

51

M1

x 100

Manual de Laboratorio Curso “Química Orgánica I QUIM 210”, Semestre Otoño 2015 donde: %G = Contenido de materia grasa de la muestra Mh = masa de la muestra de semilla molida M1 = masa del matraz con las piedras de porcelana M2 = masa del matraz con las piedras de porcelana y el residuo seco.

5.- BIBLIOGRAFÍA 1.-A.I. Vogel, “ Textbook of Practical Organic Chemistry”, Longmans Group UK Limited, Essex, England, 5° Edición, 1989, pág. 164 2.-file:///C:/Users/Tomas/Downloads/Dialnet-EvaluacionComparativaDeLosRendimientosObtenidosMed3624078.pdf 3.-López, O. D.; Márquez, T.; Salomón, S.; González, M. L.; Extracción de lípidos de las semillas de Cucurbita pepo L. (calabaza); Rev Cubana Plant Med.14,2 (2009): on-line: http://scielo.sld.cu/scielo.php?pid=S1028-47962009000200005&script=sci_arttext

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Manual Laboratrio Orgánica I 2015

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