QUIMICA ORGANICA SÍNTESIS DE LA p-NITROACETANILIDA, Ejercicios de Química Orgánica

¡Descarga QUIMICA ORGANICA SÍNTESIS DE LA p-NITROACETANILIDA y más Ejercicios en PDF de Química Orgánica solo en Docsity! 1 F-CV3-3B-2 REV.JUNIO 2007 3B-2 GUÍA DE PRÁCTICAS Unidad Académica: Farmacia y Bioquímica Nombre de la Asignatura Química Orgánica – I Autores: Mg. QF. Daniel Ñañez del Pino Mg. QF. Robert Cárdenas Orihuela Mg. QF. Antonio Ramos Jaco. 2022-II 2 F-CV3-3B-2 REV.JUNIO 2007 INTRODUCCIÓN Actualmente la Química Orgánica está profusamente involucrada en cada fase de la vida moderna. Durante los diez a quince años últimos los conocimientos científicos han crecido tan rápidamente que ha resultado difícil mantener los cursos de ciencias al día. A causa de que la química orgánica afecta a nuestras vidas de tantas maneras, cada día más gente necesita un conocimiento de esta materia como necesidad profesional. Nadie puede pretender la posesión de un amplio conocimiento del mundo actual sin conocer algo la química orgánica, cuyo estudio, por otra parte, ofrece ventajas únicas al estudiante. El autor han tratado de reunir en esta Guía un conjunto de prácticas en las cuales se apliquen las principales técnicas de aislamiento, purificación y caracterización a casos sencillos, después se introducen prácticas sobre la reactividad y síntesis de compuestos orgánicos, que permita al alumno iniciarse, con el mejor aprovechamiento posible, en la experimentación de química orgánica con ensayos e investigaciones preliminares de sustancias desconocidas. El trabajo práctico de cada alumno será calificado por la técnica y habilidad desarrolladas, por la comprensión de los principios tratados en la práctica que serán puestos en evidencia por pequeños exámenes orales o escritos, que cada profesor hará a sus alumnos. El fin principal de este curso de práctica consiste en enseñar al alumno el arte y los principios científicos en los que se fundamenta la Química Orgánica. El autor. PRECAUCIONES Y TÉCNICAS DE TRABAJO EN EL LABORATORIO 5 F-CV3-3B-2 REV.JUNIO 2007 PRÁCTICA No. 1: ANALISIS QUÍMICO ELEMENTAL CUALITATIVO DE SUSTANCIAS ORGANICAS: INVESTIGACION DE CARBONO, HIDROGENO, NITROGENO, AZUFRE Y HALOGENOS 1.1 Marco teórico Los elementos que comúnmente se encuentran junto con el carbono, el hidrógeno y el oxígeno son: Nitrógeno, Azufre, Flúor, Cloro, Bromo y Yodo. La identificación de estos elementos se basa en su conversión en compuestos iónicos solubles en agua y en la aplicación a éstos de pruebas específicas. 1.2 Competencias Al término de la práctica el estudiante será capaz de identificar los elementos de un compuesto orgánico como son C,H,N,S y halógenos, mediante reacciones específicas. 1.3 Materiales y reactivos Materiales Reactivos Tubos de ensayos Papel filtro Gradillas Embudos de vidrio Tubo de desprendimiento Trípodes Beacker Pinzas de extensión Mecheros Vasos de precipitado Pinzas de madera Espátulas Baguetas Soporte Universal Rejillas con asbesto Hidróxido de bario Oxido de calcio Carbonato de calcio Acido oxálico Sodio metálico Ácido clorhídrico Sulfato ferroso Cloruro férrico Ácido nítrico Ácido cianhídrico Tetracloruro de carbono Nitrato de plata Cloroformo 1.4. Procedimiento Experimental. 1.4.1.-DETERMINACIÓN DE CARBONO E HIDROGENO El método para determinar el carbono consiste en convertirlo a CO2 (anhídrido carbónico) y poner de manifiesto su presencia mediante el agua de cal (Ca(OH)2) o agua de barita(Ba(OH)2 El hidrogeno se reconoce por la formación de agua en las paredes del tubo que contiene las sustancias reaccionantes. 6 F-CV3-3B-2 REV.JUNIO 2007 a) Muestra orgánica + CuO + calor → CO2 (g) + Cu (s) b) CO2 (g) + Ca(OH)2 (aq) → CaCO3 (s) + H2O (l) CO2 + Ba(OH)2 → BaCO3 ↓ + H2O H2 + O2 → H2O2 PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL: -En un tubo de ensayo limpio y seco colocan 100 mg de CuO, 100 mg de ácido oxálico y luego cubrir con otros 100 mg de CuO. - Tapar el tubo con un tapón unido a una varilla de desprendimiento que se introduce en otro tubo de ensayo que contiene unos mililitros de Ba (OH)2 ó Ca(OH)2 - Luego calentar el tubo de ensayo que contiene la mezcla suavemente al principio y luego más intensamente. Observar, anotar e interpretar los resultados. 1.4.2.-DETERMINACION DE NITROGENO, AZUFRE Y HALOGENOS Se utiliza el método de Lassaigne, que consiste en la fusión de los compuestos orgánicos con metales como el sodio. FUSIÓN C, H, O, N, S, X, Na° Nax, NaCN, Na2S, NaCNS PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL Calor - En un tubo de ensayo en posición vertical, sostenido por pinzas, introducir un trocito de sodio metálico seco. - Calentar directamente al fuego hasta que funda y sus vapores empiecen a elevarse dentro del tubo. - Añadir la sustancia orgánica poco a poco sin tocar las paredes del tubo, se continúa el calentamiento hasta que el fondo del tubo se torne de un color rojo vivo. -Sumergir el tubo en un vaso de 100 mL de capacidad que contienen 40 ml de agua (golpeando ligeramente con una bragueta para romperlo). - Luego hervir la solución durante 5 minutos y filtrar para obtener “licor madre”. 1.4.2.1.-INVESTIGACIÓN DE NITRÓGENO 1. Colocar en un tubo de ensayo 3 mL de la solución filtrada, agregar Fe+2(SO4)-2 2. Luego agregar unas gotas de FeCl3 y hervir durante 3 minutos 3. Enfriar y acidular con H+Cl- gota a gota hasta la aparición de un Precipitado característico de azul de prusia. 4. Observar, anotar e interpretar resultados. 7 F-CV3-3B-2 REV.JUNIO 2007 2NaCN +FeSO4 → Fe(CN)2 + Na2SO4 Fe(CN)2 + 4NaCN → Na4Fe(CN)6 3Na4 [Fe(CN)6] + 4FeCl3 → Fe4 [Fe(CN)6 ]3 +12 NaCl 1.4.2.2.-INVESTIGACIÓN DE AZUFRE 1. Colocar en un tubo de ensayo 3 ml de la solución filtrada, acidular con gotas de ácido acético y agregar unas gotas de acetato de plomo hasta obtener un pp. negro. 2. Observar, anotar e interpretar resultados. 1.4.2.3.-INVESTIGACIÓN DE HALOGENOS: 1. Colocar en un tubo de ensayo 3 ml de la solución filtrada, acidular con gotas de ácido nítrico diluido. 2. Hervir por unos minutos para expulsar lo que hubiera de ácido cianhídrico o ácido sulfhídrico. 3. Luego añadir unas gotas de solución de nitrato de plata; un precipitado denso indica la presencia de cloro, bromo o yodo. Tenga presente que el cloruro de plata es blanco, el bromuro de plata es amarillo pálido y el yoduro de plata es amarillo. 4. Observar, anotar e interpretar resultados. NaX + AgNO3 → AgX + HNO3 PRECAUCIONES Y RECOMENDACIONES -Algunos compuestos como los nitroalcanos, ácidos orgánicos, diazoésteres, sales de diazonio, poli haluros alifáticos (cloroformo, tetracloruro de carbono), reaccionan explosivamente con el sodio o magnesio calientes. -Siempre deberán usarse anteojos de seguridad cuando se realicen estas descomposiciones. -Mantener el sodio metálico en kerosene, por ser muy reactivo con solventes inorgánicos. -Evitar el contacto del sodio con las manos para prevenir accidentes. -Tener cuidado con la ebullición brusca al someter las sustancias al calor y dirigir la boca del tubo de ensayos hacia un lugar despejado de alumnos. 1.5.-Resultados: Realizar un cuadro de resultados donde muestre las reacciones pertinentes de cada prueba y se verifique si se observaron los indicadores que muestran si las reacciones fueron positivas. 1.6.-Cuestionario 10 F-CV3-3B-2 REV.JUNIO 2007 2.1. MARCO TEORICO La Solubilidad es la propiedad de una sustancia para disolverse en otra; la sustancia que se disuelve recibe el nombre de soluto y la sustancia en que se disuelve recibe el nombre de solvente. Si el soluto se disuelve en grandes cantidades, decimos que es muy soluble; si lo hace en pequeñas cantidades es poco soluble, pero si no se disuelve en ninguna cantidad, lo llamamos insoluble. En la solubilidad, el carácter polar o apolar de la sustancia influye mucho, ya que, debido a estos la sustancia será más o menos soluble. Los compuestos con menor solubilidad son los que presentan menor reactividad como son: las parafinas, compuestos aromáticos y los derivados halogenados. El coeficiente de solubilidad se expresa en g/mL. Cuando una sustancia se disuelve en otra, las partículas del soluto se distribuyen a través del solvente. Esto significa que el soluto ocupa lugares que originalmente correspondían a las moléculas del solvente. En un líquido, las moléculas se encuentran empaquetadas e interaccionan fuertemente unas con otras, de modo que la menor o mayor facilidad con la cual una molécula de soluto reemplaza a una del solvente, depende de: • Las fuerzas relativas de atracción entre moléculas del solvente • Las fuerzas relativas de atracción entre moléculas del soluto • La fuerza de las interacciones entre moléculas soluto-solvente Figura 2: Representación gráfica de la disolución de un soluto Las sustancias que muestran fuerzas atractivas intermoleculares similares tienen la tendencia a ser solubles entre sí. Este hecho se resume en la conocida regla: “lo semejante disuelve lo semejante”. Figura 3: Representación gráfica de la disolución de un soluto 11 F-CV3-3B-2 REV.JUNIO 2007 La solubilidad de un soluto depende, por lo tanto, de varios factores: Naturaleza de los componentes Experimentalmente se ha observado que mientras más semejantes sean los compuestos en su estructura y propiedades, más fácilmente forman soluciones. Dicha semejanza se observa en la estructura, la polaridad y la facilidad de formar puentes de hidrógeno. Temperatura Los cambios en temperatura siempre cambian la solubilidad de un soluto. Generalmente, los sólidos son más solubles en agua caliente que en agua fría, aunque existen algunas sales como el Ca(OH)2 y el CaCrO4 que son más solubles en frío que en caliente. Otros compuestos como el NaCl presentan una solubilidad que varía ligeramente con la temperatura. En los compuestos cuya solubilidad aumenta al aumentar la temperatura el proceso de disolución del soluto es endotérmico. Las sales de solubilidad inversa liberan calor al disolverse. Presión Los cambios de presión son fundamentales en la determinación de la solubilidad de un gas en un líquido. Generalmente al aumentar la presión aumenta la solubilidad, mientras que la solubilidad de un sólido o un líquido es prácticamente independiente de la presión. 2.2.- COMPETENCIAS - El alumno evalúa el comportamiento de solubilidad de sustancias sólidas en disolventes orgánicos. - El estudiante realiza la prueba de solubilidad en disolventes orgánicos para la selección de componentes químicos. 2.3. Materiales y Reactivos Materiales Reactivos 12 F-CV3-3B-2 REV.JUNIO 2007 Tubos de ensayo Papel filtro - Luna de reloj Erlenmeyer - Baguetas Pisetas - Cocinilla eléctrica Beaker Etanol 96º Butanol Ácido benzoico Cloruro de sodio Ácido salicílico Luna de reloj - Baguetas Cocinilla eléctrica Bencina Agua destilada 2.4.- PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL 2.4.1.- SOLUBILIDAD: Coloque en un tubo de ensayo 0,1 g de la muestra problema. Agregue 1 mL de disolvente a probar; agite y observe (prueba de solubilidad en frío). Sí los cristales no se han disuelto, repita el procedimiento agregando 1mL hasta completar 3 mL Sí el sólido no se ha disuelto, es insoluble en frío; si se ha disuelto es soluble en frío. Sí la sustancia fue insoluble en frío, caliente la muestra en baño maría hasta ebullición y con agitación constante. Observe si se solubiliza o no. Sí la hay el sólido es soluble en caliente y es insoluble en caso contrario. Si el sólido fue soluble en caliente, enfríe a temperatura ambiente. Observe si hay formación de cristales. 2.5. RESULTADOS Se determina el comportamiento de solubilidad de sustancias sólidas en disolventes orgánicos. Como también en solventes inorgánicos. DISOLVENTE Agua Etanol 70º Etanol 96º Butanol Bencina Solubilidad en frío Solubilidad en caliente Formación de cristales después de enfriar 2.4.2.-MISCIBILIDAD: Coloque en un tubo de ensayo 1 mL de la muestra problema. Agregue 1 mL de disolvente a probar; agite y observe. Si se forma una sola fase son miscibles, Si hay la formación de dos fases son inmiscibles. DISOLVENTE Agua Etanol 70º Etanol 96º Butanol Bencina ACETONA ACEITE 2.5.- CUESTIONARIO (Adjuntado con el informe) 1. De acuerdo con las pruebas de solubilidad, ¿qué relación tiene la polaridad del soluto y el solvente en los compuestos ensayados?, fundamente su respuesta. 15 F-CV3-3B-2 REV.JUNIO 2007 PRÁCTICA No.3. EXTRACCIÓN POR SOLVENTES: EXTRACCIÓN SIMPLE Y MÚLTIPLE 3.1.- Marco teórico - Se extrae una sustancia de un sistema de sustancias, para purificarla, mediante el empleo de un disolvente inmiscible con el solvente que contienen el material original. - La extracción se basa en el KD o coeficientes de distribución de una sustancia química en un sistema de 2 solventes inmiscibles. - Los disolventes más comúnmente empleados son: agua, metanol, etanol, cloroformo, acetato de etilo, acetona, benceno, éter etílico, éter de petróleo, n-hexano, etc. Numerosos productos como: vitaminas, flavonoides, alcaloides, esteroides, terpenoides, grasas, hormonas, colorantes, etc., son extraídos de esta manera. - La extracción puede ser: discontinua (con embudo de separación) o continua (por soxhlet) Figura 3. Arriba: equipo que contiene embudo de decantación. Abajo.: Soxhlet. 3.2. Competencia - El alumno realiza la extracción (simple y múltiple) del ácido benzoico con los equipos suministrados por la cátedra, posteriormente procede a su identificación. 3.3.- Materiales y equipos Materiales Reactivos 16 F-CV3-3B-2 REV.JUNIO 2007 Embudo de separación Probeta de 50 mL Vasos de pp. de 100 mL (2) Erlenmeyer de 100 mL Termómetro Beacker Balanza Mechero Soporte universal y pinza Acido benzoico Sacarosa Éter etílico Sulfato de sodio anhidro Cloruro de calcio anhidro 3.4.- Procedimiento Disolver en 25 mL de agua una mezcla de 0,3 g de ácido benzoico y 0,15 g de sacarosa. Trasvasar la solución en caliente a un embudo de separación, añadir 20 ml de éter etílico, colocar el tapón y agitar la mezcla varias veces equilibrando la presión interior, dejar en reposo para que se formen las 2 capas y luego verter por la llave la capa acuosa a un vaso de precipitado de 100 mL. Pasar la capa etérea por la entrada del tubo de separación a un erlenmeyer de 100 mL y secarla con CaCl2 anhidro ò Sulfato de sodio anhidro, decantar (los vapores de éter son muy inflamables). Pesar el producto obtenido. Anotar sus observaciones y sacar conclusiones. 3.5.- Resultados Realizar sus resultados indicando la cantidad de ácido extraído, el porcentaje de rendimiento y el punto de fusión determinado experimentalmente. 3.6.- Cuestionario -Defina coeficiente de distribución. -Qué es punto de fusión? Ejercicio: Tenemos 60 mL de una solución clorofórmica de 50 mg de Cristal Violeta, deseamos saber qué cantidad de Cristal Violeta quedará en el cloroformo luego de una extracción con 60 mL de agua destilada, y cuanto quedará luego de 2 extracciones con 30 mL de agua cada uno considerando que el coeficiente de distribución para este sistema de solventes es ½. 3.7.- Fuentes de información 1. Yurkanis P. Fundamentos de química orgánica (3a. ed.) Pearson Educación, 2015 2. Carey, Francis A., Giuliano, Robert M. Química orgánica (9a. ed.). McGraw Hill México, 2014. L.G. Wade, Jr. QUÍMICA ORGÁNICA. Volumen 1. Séptima Edición. Pearson Educación, México, 2011. 3. Cruz F, Haro J, López I, Alatorre F. Guía temática para el curso de Química Orgánica 1. Impreso y hecho en México/Printed in México, 2015. PRÁCTICA N° 3 EXTRACCIÓN POR SOLVENTES: EXTRACCIÓN SIMPLE Y MÚLTIPLE NOMBRES Y APELLIDOS: 17 F-CV3-3B-2 REV.JUNIO 2007 MESA N° …… RESULTADOS: En la extracción del ácido benzoico: 1.- Diga Ud. Porque no se disuelve completamente toda la muestra cuando le añade agua: 2.- Que observo cuando le agrego el solvente orgánico al embudo de decantación: 3.- Por Que los vapores de éter son muy inflamables: PRÁCTICA No.4. PURIFICACION DE SÓLIDOS: CRISTALIZACION 4.1.-Marco teórico Muchos de los principios activos, así como medicamentos se encuentran en forma cristalina. Dichos compuestos son aislados o sintetizados, pero durante el proceso de obtención de los mismos siempre es necesario purificarlos. Uno de los métodos más aplicados en la purificación de las sustancias es el método de cristalización basado en la propiedad de las sustancias de volverse a cristalizar, de tal manera que mediante este proceso las sustancias en mención se purifican formando nuevos cristales. De esta manera la cristalización es un proceso que depende del solvente adecuado, para lo cual al preparar la solución sobresaturada el solvente debe ser el adecuado, es 20 F-CV3-3B-2 REV.JUNIO 2007 2.- Que tipo de impurezas encontró al realizar la purificación: 3.- Al realizar la etapa del enfriamiento, que observo? 4.- Realice sus conclusiones correspondientes: PRÁCTICA No.5. IDENTIFICACIÓN DE COMPUESTOS ORGÁNICOS: CROMATOGRAFÍA 5.1.-Marco teórico La cromatografía es una técnica para separación de los distintos componentes de una mezcla, permite la separación de trozos de impurezas o bien de las fracciones importantes. El fundamento de la cromatografía es la separación de diferentes tipos de moléculas cuando desciende por una columna o atraviesa una delgada capa de material inerte. En ambos casos, existe una sustancia que proporciona una superficie elevada y que interacciona físicamente con el compuesto a analizar. Si las moléculas son adsorbidas por la superficie, el 21 F-CV3-3B-2 REV.JUNIO 2007 fenómeno se llama cromatografía de adsorción, y si se disuelven en una delgada superficie líquida, cromatografía de reparto. El nacimiento de la cromatografía de absorción se remonta a 1903, cuando el botánico ruso Mikhail S. Tswett estableció los primeros fundamentos. Este científico observó que filtrando soluciones que contenían pigmentos vegetales a través de una columna de carbono de calcio en polvo fino, los pigmentos quedaban retenidos. Haciendo pasar por la columna otro disolvente puro se conseguía la separación de los pigmentos, los cuales aparecían en la columna en varias zonas de diferente color que se distanciaban cada vez más una de la otra, mientras el disolvente atravesaba la columna, la vistosa “cromatografía” , que realmente ha sido poco afortunada, ya que en la actualidad se emplea esta técnica para separar fracción es incoloras en la mayoría de los casos. Figura 4. Cromatografía en capa fina. I. CROMATOGRAFÍA Es un procedimiento físico-químico que consiste en separar los componentes o sustancias integrantes de una mezcla en movimiento por medio de reparto o adsorción sobre una superficie estacionaria o inmóvil. La razón por la que es posible conseguir separaciones difíciles de lograr por otros métodos estriba en que, pequeñas diferencias en el coeficiente de reparto o en la adsorción – desorción de cada uno de los componentes se va multiplicado a lo largo del sistema. Se pueden establecer dos mecanismos: 22 F-CV3-3B-2 REV.JUNIO 2007 1. Reparto o participación: Es la distribución de una sustancia o mezcla de sustancias entre la fase móvil y la fase estacionaria soportada sobre un sólido adecuado. 2. Adsorción: Fenómeno de superficie que consiste en el aumento de concentración de una sustancia en la superficie de un sólido. El proceso inverso, o sea la separación de las moléculas adsorbidas en la superficie del sólido, se denomina desorción. La fuerza con que se adsorbe un compuesto aislado depende de la polaridad de la molécula, de la actividad del adsorberte y de la polaridad del solvente. NOTA Si las fuerzas de atracción entre el compuesto y el adsorbente son más fuertes que las producidas entre aquel y la fase móvil, predominará la adsorción sobre la desorción y el compuesto se desplazará muy lentamente a través de la fase fija. Si sucede lo contrario predominará la desorción y el compuesto se desplaza a mayor velocidad. Importancia: Una vez separada la muestra en sus componentes cromatográficamente, cada uno de ellos puede ser caracterizado e identificado. También es posible determinar la cantidad de cada componente en la muestra, lo que hace de la cromatografía una herramienta analítica no solo cualitativa sino cuantitativa. Tipos de cromatografía: Clasificado según la fase estacionaria empleada en: C. en papel, C. en capa fina, C. en columna, C. en fase gaseosa, C. líquida de alta perfomance (HPLC). II. PARTES DE UN SISTEMA CROMATOGRAFICO 1. Fase móvil: Lo constituyen los solventes, que son sustancias fluidas de diferente polaridad, ejemplo: metanol, cloroformo, etanol, etc. La polaridad de la fase móvil está relacionada con su capacidad de elución o desorción. Los solventes deben tener elevado grado de pureza. 2. Fase estacionaria o soporte: Lo constituyen las sustancias adsorbentes que generalmente se depositan sobre la placa de vidrio o columna de vidrio, en el caso de la C. en papel, el papel Whatman. Debe ser insoluble en el disolvente que se va a utilizar para la separación y no debe reaccionar con las sustancias que se van a separar. 3. Cámara de saturación: que es un recipiente con una tapa que cierra herméticamente donde se realiza el cromatograma. 4. Reveladores: Si todos los compuestos son coloreados, bastará la inspección ocular para distinguir las manchas, pero en la mayoría de los casos, los compuestos son incoloros y por ello no visibles en el cromatograma, siendo necesario utilizar métodos físicos (Luz UV) o químicos, como los vapores de Iodo, u otros reactivos especiales que permitan hacer visible. 4. Aplicadores: son micropipetas utilizadas en la aplicación o “sembrado” de las sustancias o cromatografiar. 6. Muestras: Son las sustancias a cromatografiar y pueden ser: la sustancia patrón o estándar y la sustancia problema o muestra problema. 25 F-CV3-3B-2 REV.JUNIO 2007 2. Carey, Francis A., Giuliano, Robert M. Química orgánica (9a. ed.). McGraw Hill México, 2014. 3. L.G. Wade, Jr. QUÍMICA ORGÁNICA. Volumen 1. Séptima Edición. Pearson Educación, México, 2011. 4. Ballesteros P, Claramun R, del Castillo D, Teso E. Química Orgánica Avanzada. Edición Digital; 2013. 5. Cruz F, Haro J, López I, Alatorre F. Guía temática para el curso de Química Orgánica 1. Impreso y hecho en México/Printed in México, 2015. PRÁCTICA N° 5 IDENTIFICACIÓN DE COMPUESTOS ORGÁNICOS: CROMATOGRAFÍA NOMBRES Y APELLIDOS: MESA N° …… RESULTADOS: 1.- Que precauciones debió tener en cuenta durante el desarrollo del cromatograma: 2.- Que debe tener en cuenta para que la muestra pueda ser aplicada en la cromatografía 3.- Que precauciones debió tener en cuenta durante el desarrollo del cromatograma: 4.- El Rf de la muestra de la cromatografía en capa fina es: Muestra estándar: 26 F-CV3-3B-2 REV.JUNIO 2007 Muestra problema: REALICE EL ESQUEMA DE TRABAJO PRÁCTICA No.6. ESTEREOQUÍMICA. USO Y MANEJO DE MODELOS MOLECULARES. CONFORMACIONES Y POTENCIALES DE ENERGÍA DEL ETANO, BUTANO, CICLOHEXANO Figura N° 6. Estructura química del etano. 6.1.-Marco teórico La estereoquímica es la parte de la química que se ocupa de la estructura de las moléculas en tres dimensiones. Un aspecto de la estereoquímica es la estereoisomería. Los estereoisómeros son los isómeros que teniendo la misma estructura solo se diferencian por la orientación espacial de sus átomos. Se denominan conformaciones las diferentes disposiciones espaciales de los átomos cuando la cadena realiza un giro cuyo eje es un enlace simple C – C. En los alcanos pueden distinguirse tres conformaciones: • Alternada: Es la más estable (menor energía) pues sus átomos están los más separados posible y por tanto la interacción es mínima. • Eclipsada: Es la menos estable (mayor energía). Sesgada o desviada: Se llaman así a las infinitas conformaciones que existen entre la alternada y la eclipsada. Su energía es mayor que la alternada y menor que la eclipsada. P o de m os d e c ir e n c on c l u s ión q ue: 27 F-CV3-3B-2 REV.JUNIO 2007 6.2.- Competencias Identifica las diferentes estructuras que adoptan las moléculas relacionándolas con la energía y la estabilidad de las mismas. Escribe fórmulas estereoquímicas señalando las variaciones estructurales en forma práctica. 6.3.-Materiales y equipos Módulos moleculares de Química Orgánica. 6.4.- Procedimiento Según lo indicado por el profesor de práctica. 6.5.- Resultados Grafique las moléculas obtenidas en el laboratorio, explique los fundamentos de los cambios y a que se debe la variación de la energía que se produce en las mencionadas moléculas. Indique cual(es) es (son) las más estables y explique ¿por qué? 6.6.- Cuestionario 1.-¿Qué son confórmeros y por qué es importante su estudio?. 2.-Grafique el ciclohexano, indique los confórmeros que presenta y la relación de energía que hay en ellos. 3.--Consulte a su Jefe de Práctica, quien le proporcionará preguntas adicionales. 6.7.- Fuentes de información 1. Yurkanis P. Fundamentos de química orgánica (3a. ed.) Pearson Educación, 2015 2. Carey, Francis A., Giuliano, Robert M. Química orgánica (9a. ed.). McGraw Hill México, 2014. 3. L.G. Wade, Jr. QUÍMICA ORGÁNICA. Volumen 1. Séptima Edición. Pearson Educación, México, 2011. 4. Ballesteros P, Claramun R, del Castillo D, Teso E. Química Orgánica Avanzada. Edición Digital; 2013. 5. Cruz F, Haro J, López I, Alatorre F. Guía temática para el curso de Química Orgánica 1. Impreso y hecho en México/Printed in México, 2015. 30 F-CV3-3B-2 REV.JUNIO 2007 7.5.-Resultados Grafique las moléculas obtenidas en el laboratorio. Indique cual(es) sería (serían) las más estables y explique ¿por qué? 7.6 Cuestionario Consulte a su Jefe de Práctica, quien le proporcionará preguntas adicionales. 7.7.- Fuentes de información 1. YURKANIS P. Fundamentos de química orgánica (3a. ed.) Pearson Educación, 2015 2. Carey, Francis A., Giuliano, Robert M. Química orgánica (9a. ed.). McGraw Hill México, 2014. 3. L.G. Wade, Jr. QUÍMICA ORGÁNICA. Volumen 1. Séptima Edición. Pearson Educación, México, 2011. 4. Ballesteros P, Claramun R, del Castillo D, Teso E. Química Orgánica Avanzada. Edición Digital; 2013. 4. Cruz F, Haro J, López I, Alatorre F. Guía temática para el curso de Química Orgánica 1. Impreso y hecho en México/Printed in México, 2015. PRÁCTICA N° 7 MANEJO DE MODELOS MOLECULARES EN LA DETERMINACIÓN DE LA CONFIGURACIÓN ABSOLUTA: R Y S. NOMBRES Y APELLIDOS: MESA N° …… RE S U LT A D OS : 1 . - 2 . - 3 . - 31 F-CV3-3B-2 REV.JUNIO 2007 4.- Podemos decir en conclusión que: PRACTICA N° 8. CARACTERIZACIÓN Y DIFERENCIACIÓN DE HIDROCARBUROS SATURADOS E INSATURADOS 8.1.-Marco teórico Los hidrocarburos son compuestos orgánicos constituidos sólo por átomos de hidrógeno y carbono. Con base en la característica de su estructura, se puede establecer la siguiente división: Figura 8. Clasificación de Hidrocarburos 32 F-CV3-3B-2 REV.JUNIO 2007 Heterocíclicos: constituidos por C, H, N, O, S, etc. u otros elementos organógenos. Los hidrocarburos saturados o alcanos son compuestos de cadena abierta, comprendidos en la serie homóloga cuya fórmula es CnH2n +2. Su unidad estructural es –C-C-. Son sustancias muy poco reactivas de gran estabilidad por el enlace covalente simple que posee, a temperatura ambiente los alcanos son inertes a la mayoría de reactivos comunes, por lo que la reacción que ocurre será de sustitución. Los hidrocarburos insaturados que poseen estructura química menos estable que las anteriores, es decir, reaccionan más fácilmente. Los Alquenos u Olefinas: su unidad estructural es C=C y su fórmula condensada es: CnH2n. Por disponer de un par de electrones “pi” que se mueven entre los dos núcleos de los átomos de carbono involucrados en estas ligaduras, hacen que estos compuestos insaturados reaccionen más fácilmente que los alcanos, son los que permiten las reacciones de adición, no sólo de hidrógeno sino de otros reactivos, resultando un gran número de derivados. Los Alquinos o Acetilénicos: su unidad estructural es HC = CH y su fórmula condensada es CnH2n-2. Presentan también reacciones de adición debido a la presencia de dos pares de electrones “pi” que los hace reactivos Los hidrocarburos Aromáticos: son estructuras moleculares de cadena plana con dobles enlaces conjugados por lo cual presentan el fenómeno de resonancia, el miembro representativo de esta serie es el benceno, cuya fórmula es C6H6. El benceno es un compuesto muy insaturado, sin embargo, esto no se manifiesta en sus reacciones típicas. Figura N°. 9. Estructura química de diversas formas de presentación de Benceno. En condiciones ordinarias el benceno es un compuesto estable que no es atacado por agentes fuertemente oxidantes. La característica del benceno es la reacción de sustitución, esto permite diferenciarlo de los compuestos no saturados. Los siguientes ensayos sirven para distinguir las propiedades, características de los hidrocarburos saturados, proporcionando medios para distinguirlos entre sí. Estas pruebas deben ser ejecutadas cuidadosamente sobre tubos, de ensayo completamente secos, debiendo anotar las observaciones y resultados correspondientes. 8.2 Competencias El estudfisante realiza la identificación de los diferentes tipos de hidrocarburos, 35 F-CV3-3B-2 REV.JUNIO 2007 2.- En la reacción de Baeyer que observó en la reacción con los 3.- En la reacción con los ácidos que observó en la reacción con los REALICE EL ESQUEMA DE TRABAJO PRACTICA Nº 9. SINTESIS DE CLORURO DE TERBUTILO (REACCIONES DE SUSTITUCIÓN NUCLEOFILICA) a) a lc ano s : b) a l qu e no s : c) a l q u ino s : a) a lc ano s : b) a l qu e no s : c) a l q u ino s : 9.1.- Marco teórico Los alcoholes, ROH, son compuestos que deben sus propiedades químicas a los grupos hidroxilo (OH) unidos covalentemente a su cadena carbonada (-R). Una de las reacciones más importante de los alcoholes es aquella en la cual estos compuestos reaccionan con halogenuros de hidrogeno (HCl, HI, etc.) mediante una reacción de sustitución nucleofílica para producir halogenuros de alquilo y agua. La conversión de alcoholes en cloruros de alquilo se puede efectuar por varios procedimientos. Con alcoholes primarios y secundarios se usan frecuentemente cloruro de tionilo y haluros de fósforo; también se pueden obtener calentando el alcohol con ácido clorhídrico concentrado y cloruro de zinc anhidro. Los alcoholes terciarios se convierten a haluros de alquilo con ácido clorhídrico solo y en algunos casos sin calentamiento. MECANISMO 9.2.- Competencias El alumno es capaz de sintetizar por sustitución nucleofílica un haluro de alquilo, lo identifica y lo aísla. Además explica este fenómeno a través del respectivo mecanismo de reacción. 9.3.- Materiales y equipos Materiales Reactivos Vasos de precipitado 100 y 250 mL Luna de reloj Mecheros Bagueta, soporte Universal Mechero Pinzas Espátula Porta objeto Alcohol ter-butílico Ácido clorhídrico Carbonato de sodio Sulfato de sodio anhidro Acetato de etilo Ácido acetilsalicílico 37 F-CV3-3B-2 REV.JUNIO 2007 33 F-CV3-3B-2 REV.JUNIO 2007 Papel de filtro Capilares Espátula Termómetro Tubos de ensayo 9.4.- Procedimiento Colocar 10-20 mL de alcohol ter – butílico en un embudo de decantación de 100 mL y adicionar, posteriormente, 20 – 40 mL de HCl (C) (Q.P.). Luego mezclar los líquidos agitando suavemente con la ayuda de una bragueta y dejar posar el sistema por unos cuantos minutos, observando con esto la formación de dos fases. Finalmente cuando las fases estén bien diferenciados, determine la naturaleza de cada una de ellas y separe el cloruro de Ter-butilo. Una vez obtenido el producto, se debe neutralizar los restos ácidos con solución saturada de NaHCO3 y desecar la fase orgánica sin fase acuosa, con Na2SO4 anhidro, de tal forma que la misma quede bien transparente. Si el volumen obtenido del producto, supera los 15 mL proceder a destilar, de tal forma de recoger una fracción del producto entre 48 – 52 °C. identifique la muestra determinando su punto de ebullición. 9.5.- Resultados Determine el rendimiento del producto y escribir un cuadro con los resultados obtenidos. 9.6 .-Cuestionario 1.-Qué es un mecanismo de reacción? Ejemplos. 2.-Indique los pasos a seguir y las consideraciones que se debe tener para realizar un mecanismo de reacción. 9.7.-Fuentes de Información 1. YURKANIS P. Fundamentos de química orgánica (3a. ed.) Pearson Educación, 2015 2. Carey, Francis A., Giuliano, Robert M. Química orgánica (9a. ed.). McGraw Hill México, 2014. 3.- L.G. Wade, Jr. QUÍMICA ORGÁNICA. Volumen 1. Séptima Edición. Pearson Educación, México, 2011. 4. Ballesteros P, Claramun R, del Castillo D, Teso E. Química Orgánica Avanzada. Edición Digital; 2013. 5. Cruz F, Haro J, López I, Alatorre F. Guía temática para el curso de Química Orgánica 1. Impreso y hecho en México/Printed in México, 2015. 40 F-CV3-3B-2 REV.JUNIO 2007 PREPARACION DEL CICLOHEXENO En un balón de destilación de 50 mL poner 26 mL (25 g) de ciclohexanol; con precaución añadir 3 mL de ácido sulfúrico concentrado o 5 mL se ácido fosfórico al 85 %, colocar en el balón unos núcleos de ebullición (trozos de capilares). Armar una unidad de destilación simple con un adaptador al final del extremo libre del refrigerante. Calentar el balón en baño- maría y recibir el destilado en un erlenmeyer, si el alcohol es puro el desprendimiento del ciclohexeno demorará entre 20 minutos. Finalmente el destilado se debe colocar en un embudo de separación y Iavar con 25 mL de agua fría, después de separar la fracción de alqueno se le debe secar con de sulfato de sodio anhidro. Decantar el hidrocarburo y anotar sus características. PROPIEDADES DEL CICLOHEXENO En 4 tubos de ensayo pequeños colocar en c/u 10 gotas del alqueno y por separado añadir en tubos diferentes: agua destilada, ácido sulfúrico (en zona), bromo en tetracloruro, y al cuarto tubo solución de KMnO4 observe y anote los resultados. En una luna de reloj vierta 5 gotas del alqueno y acerque la llama de un fósforo. 10.5.- Resultados Muestre el mecanismo de dicha reacción, escriba las reacciones de identificación del doble enlace. 10.6.-Cuestionario 1) ¿Si la mezcla alcohol ácido sulfúrico no se calienta qué se puede formar? 2) ¿Qué papel cumple el sulfato de sodio anhidro en la obtención del alqueno? 10.7.- Fuente de información 1. YURKANIS P. Fundamentos de química orgánica (3a. ed.) Pearson Educación, 2015 2. Carey, Francis A., Giuliano, Robert M. Química orgánica (9a. ed.). McGraw Hill México, 2014. 3. L.G. Wade, Jr. QUÍMICA ORGÁNICA. Volumen 1. Séptima Edición. Pearson Educación, México, 2011. 4. Ballesteros P, Claramun R, del Castillo D, Teso E. Química Orgánica Avanzada. Edición Digital; 2013. 5. Cruz F, Haro J, López I, Alatorre F. Guía temática para el curso de Química Orgánica 1. Impreso y hecho en México/Printed in México, 2015. NOMBRES Y APELLIDOS: MESA N° …… RESULTADOS: 41 F-CV3-3B-2 REV.JUNIO 2007 1.- Que precauciones se debe tener en cuenta en la síntesis del ciclohexeno? 2.- Redacte las observaciones en la combustión del ciclohexeno. 3.- Redacte las observaciones del ciclohexeno y los diferentes solventes. REALICE EL ESQUEMA DE TRABAJO a) b) c) a) b) 38 F-CV3-3B-2 REV.JUNIO 2007 PRACTICA Nº 11. REACCIONES DE SUSTITUCIÓN ELECTROFÍLICA AROMÁTICA: SÍNTESIS DEL NITROBENCENO 11.1.-Marco teórico Los compuestos aromáticos cuyo elemento representativo es el Benceno presentan reacciones de sustitución, que dan lugar a dos reacciones importantes, la sustitución electrofílica aromática (SEA) y la sustitución nucleofílica aromática (SNA). Los sistemas aromáticos comprenden no solamente al benceno y derivados, sino también a otros denominados bencenoides como el tiofeno, piridina y quinolina. Los sistemas aromáticos no originan reacciones de adición como ocurre con los alquenos, en cambio, es común las reacciones de sustitución electrofílica aromática (S.E.A.) debido a la energía de resonancia que en el anillo deja cargas electrofílicas y cargas nucleofílicas. Se considerará el proceso más común: la sustitución de un átomo de hidrógeno por un electrófilo. Aunque el protón es el más común y uno de los mejores grupos salientes en la sustitución aromática, se encuentran a veces otros grupos salientes. Las reacciones de sustitución electrofílica aromática más comunes son: halogenación(X+), nitración(NO2+), sulfonación(SO3+), alquilación(C+), acilación(RC+=O). Las reacciones al anillo aromático pueden ser directas y se les conoce como monosustitución, si el anillo bencénico tiene un grupo funcional en su estructura y quiere incorporársele otro grupo funcional entonces va dar lugar a tres isómeros denominados: orto, para y meta. Estas reacciones son conocidas como disustitución. ORIENTACION DE LAS S.E.A.: Los grupos sustituyentes son de dos tipos, los dadores de electrones como –OH, -NH2, -CH3, -Cl, etc; y los aceptores de electrones como: - NO2, - CN, -SO3, –CHO, -COOH, etc. Los primeros sustituyentes orientan a la posición ORTO (o) y/o PARA (p) y se llaman orientadores de primer orden, mientras que los segundos orientan a la posición META (m) y se denomina orientadores de segundo orden. 11.2 Competencias 1. Comprende e interpreta las reacciones de monosustitución y disustitución electrofílica aromática. 2. Sintetiza el nitrobenceno e identifica el producto obtenido. 11.3 Materiales y reactivos Materiales Reactivos Tubos de ensayo Pipetas portaobjetos Capilares Pera de decantación 50mL Baño maría Mechero Tubos de ensayo Capilares Láminas HNO3 H2SO4 Benceno Etanol Cloroformo Iodo metálico 45 F-CV3-3B-2 REV.JUNIO 2007 12.6 Cuestionario 1. Realice el mecanismo de reacción de la sulfonación, nitración, halogenación. 2. Realice el mecanismo de reacción de la síntesis realizada. 12.7 Fuentes de información 1. Carey, Francis A., Giuliano, Robert M. Química orgánica (9a. ed.). McGraw Hill México, 2014. 2. L.G. Wade, Jr. QUÍMICA ORGÁNICA. Volumen 1. Séptima Edición. Pearson Educación, México, 2011. 3. Ballesteros P, Claramun R, del Castillo D, Teso E. Química Orgánica Avanzada. Edición Digital; 2013. 4. Cruz F, Haro J, López I, Alatorre F. Guía temática para el curso de Química Orgánica 1. Impreso y hecho en México/Printed in México, 2015. 46 F-CV3-3B-2 REV.JUNIO 2007 PRACTICA Nº 13. REACCIONES DE SUSTITUCIÓN NUCLEOFÍLICA AROMÁTICA.- SUSTITUCIÓN NUCLEOFÍLICA A PARTIR DE SALES DE DIAZONIO.- SÍNTESIS DE LA SAL DE DIAZONIO.- SÍNTESIS DEL ÁCIDO 4-{[4-(DIMETILAMINO)BENZIL]AZO}- 3 –HIDROXI- 1NAFTALENSULFÓNICO 13.1 Marco teórico Las sales de diazonio y los reactivos de Grignard, entre todos los que se conocen en química orgánica, son los dos tipos de reactivos que tienen diversas aplicaciones. El primero que preparó sales de diazonio fue Peters Griess en 1858, por la acción de ácido nitroso sobre la sal de una amina aromática. Los productos de la reacción de aminas aromáticas primarias con ácido nitroso en soluciones fuertemente ácidas, tienen todas las propiedades de las sales. Para nombrar estos compuestos se agrega la terminación diazonio al nombre del hidrocarburo del que han derivado y se les antepone el nombre del anión. Los compuestos de diazonio aromáticos no se aíslan en general, sino que se preparan y se usan en solución acuosa. El ácido nitroso se genera por adición de una solución de nitrito de sodio a la suspensión de la sal de la amina, en exceso de ácido mineral. La mayoría de las sales de diazonio son inestables a temperatura ambiente y por ello la reacción se hace entre 5 ºC y 0 ºC y la solución se usa inmediatamente. Las aminas aromáticas primarias forman las sales de diazonio, lo que no ocurre con las aminas alifáticas por la falta de estabilidad. El exceso de ácido que se añade es de 2,5 a 3 moles de ácido clorhídrico por cada mol de amina que se desea diazotar. La diversidad de las reacciones de los compuestos diazoicos aromáticos proviene, en parte, del hecho de que pueden efectuarse por mecanismos iónicos o de radical libre. El ión diazonio es un electrófilo débil y sólo se produce sustitución en un anillo aromático si el núcleo está fuertemente activado por un hidroxilo o un grupo amino, siempre y cuando tengan la posición orto y para libre. Los productos son compuestos azoicos muy coloreados y la reacción de copulación da origen a los colorantes azoicos (azo), comercialmente importantes en la industria de alimentos y en la industria farmacéutica. 13.2 Competencias: 1. Comprende e interpreta las reacciones de sustitución electrofílica aromática vía sal de diazonio. 2. Comprende e interpreta las reacciones de sustitución nucleofílica aromática vía sal de diazonio. 13.3 Materiales y equipos Materiales Reactivos 47 F-CV3-3B-2 REV.JUNIO 2007 Tubos de ensayo Gradilla Balanza analítica Espátula Pipetas Beacker 100 y 250mL Pinza de madera Cromatofolios – 20 Baguetas Hielo Lámpara de luz UV Ácido 4-amino-3-hidroxi-1-naftalensulfonico HCl H2O Dimetilanilina Na2CO3 Acetato de etilo Metanol Nitrito de Sodio 13.4. Procedimiento SÍNTESIS DE LA SAL DE DIAZONIO En un tubo de ensayo limpio y seco disolver 0,25g de Ácido 4-amino-3-hidroxi-1- naftalensulfonico en una mezcla de HCl concentrado (0,25 mL) y agua destilada (2,5 mL) agitando hasta disolución, enfriar en hielo hasta alcanzar una temperatura de aproximadamente entre 5 ºC y 0 ºC (aprox. 10 minutos). En otro tubo disolver nitrito de sodio (0,1 g) en agua destilada (1 mL), enfriar la solución. La solución fría añadir sobre la solución anterior, en pequeñas porciones con agitación constante, manteniéndola en el hielo. Dividir la solución en dos partes iguales: SO3H SO3H Ácido 4-amino-3-hidroxi-1-naftalensulfonico Sal de diazonio A.- SÍNTESIS DEL ÁCIDO 4-{[4-(DIMETILAMINO)BENZIL ]AZO}- 3 –HIDROXI-1- NAFTALENSULFÓNICO. A una porción de la sal de diazonio añadir Dimetilanilina (0,1 mL) agitando constantemente dentro del hielo, luego dividir la solución en dos partes: A) a una porción adicionar agua destilada (0,1 mL) y luego II gotas de carbonato de sodio, observar a la luz UV, B) al otro tubo añadir acetato de etilo (1 mL) y realizar un control cromatográfico. F.E.: Silicagel G F. M.: AcOEt-MeOH (2:1 v/v) R.: Luz UV , Vapores de Yodo N + N N H 2 O H N a N O 2 H C L O H Cl +