Guiones experimentales 162

8/16/2019 Guiones experimentales 162

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VIII. GUIONESEXPERIMENTALES


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GUIÓN EXPERIMENTAL 1

PREPARACIÓN DE JABONES.

REACCIONES DE SAPONIFICACIÓN DE GRASAS NATURALES

PROBLEMA

Determine el índice de saponificación de una grasa de origen natural, y en base a éste,calcule la cantidad de lejía de NaOH o de KOH necesaria para saponificar 30 g de grasa yobtener un jabón que tenga un pH entre 7 y 8.

REACCIÓN

INFORMACIÓN

• Químicamente el jabón es una mezcla de sales de sodio o de potasio de ácidoscarboxílicos de cadena larga y lineal (ácidos grasos), producida por la hidrólisis de unagrasa animal o vegetal con un álcali (reacción de saponificación).

• Las grasas naturales son triglicéridos, es decir, triésteres de la glicerina con ácidoscarboxílicos de cadena larga y lineal (ácidos grasos). Convencionalmente a lostriglicéridos que son sólidos a temperatura ambiente se les denomina grasas, y a losque son líquidos se les denomina aceites.

• La diferencia estructural entre las grasas y los aceites, radica en que estos últimos son

triglicéridos formados a partir principalmente de ácidos grasos con insaturaciones.• El índice de saponificación se puede definir como la cantidad de álcali necesaria para

saponificar un gramo de grasa.• Los jabones ejercen su acción limpiadora debido a que su molécula está constituida por

dos partes muy diferentes, una parte iónica (hidrofílica) y una parte no polar (lipofílica).La parte hidrofílica tiende a disolverse en el agua, y la lipofílica tiende a disolverse en lagrasa.

C

O

OR CH2

CHOC

O

R1

CH2OC

O

R2

+

C

O

R O Na

+

C

O

O NaR1

++ CHOH

CH2OH

CH2OH

C

O

O NaR2Triglicérido

Sales de ácidos c arboxílicos(jabón)

NaOH

Glicerina


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PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

Determinación del índice de saponificación

Prepare una disolución etanólica-acuosa de hidróxido de sodio o de potasio,

disolviendo 1 g de NaOH o KOH en 5 mL de agua destilada y adicionando 20 mL de etanol; sipermanecen sólidos sin disolver espere a que éstos se sedimenten. En un matraz bola peseaproximadamente 0.250 g de grasa ó aceite, agregue una alícuota de 10 mL de la disoluciónetanólica-acuosa con pipeta volumétrica y agite. Adicione piedras de ebullición, coloque unrefrigerante y caliente a reflujo la mezcla durante 30 minutos. Una vez terminado el tiempo dereacción, enjuague el tubo del condensador con 5 o 10 mL de agua (colecte ésta directamenteen el matraz) y deje enfriar la solución. Vierta el contenido del matraz bola en un matrazErlenmeyer de 125 mL (enjuague el matraz bola con un poco de agua), agregue una o dosgotas de fenolftaleína y agite fuertemente. Titule el NaOH o el KOH remanente con unadisolución estandarizada de HCl 0.2 N.

Coloque otra alícuota de 10 mL de disolución etanólica-acuosa en un matraz

Erlenmeyer de 125 mL (blanco), agregue una ó dos gotas de fenolftaleína, agite y tituleutilizando la disolución estandarizada de HCl 0.2 N. La diferencia entre los volúmenesutilizados de disolución de HCl en las titulaciones, representa la cantidad de álcali consumidoen la saponificación. Realice el cálculo para obtener el índice de saponificación (I.S.) con lafórmula propuesta (nota). A partir del índice de saponificación, determine la cantidad de basenecesaria para saponificar 30 g de grasa ó aceite.

Donde:N = normalidad de la disolución de HClPM = peso molecular de la base utilizadaV1 = volumen (L) de HCl utilizado en la titulación del NaOH

remanente de la saponificaciónV2 = volumen (L) de HCl utilizado en la titulación del blancom = masa de la grasa o aceite en gramos

Nota: Para tener una mayor precisión en la determinación del índice de saponificación,lleve a cabo el procedimiento por duplicado.

Saponi ficación de una grasa

En un vaso de precipitados de 400 mL, coloque la cantidad de lejía de sosa o de potasanecesaria para saponificar 30 g de grasa (nota), adicione suficiente cantidad de etanol y agite;caliente la disolución entre 60 a 70 °C. Pese 30 g de grasa o aceite en un vaso deprecipitados de 250 mL y caliente suavemente sin sobrepasar los 45 °C; adicione poco a pocoy con agitación vigorosa la grasa o aceite a la lejía. Continúe el calentamiento con agitación

I.S. =m

. PM . (V2- V

1)N


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(la temperatura no debe pasar de los 75 °C) hasta que al mezclar en un vidrio de reloj un pocode la mezcla de reacción y unas gotas de agua, no se observe ningún sobrenadante aceitoso(indicio de que la saponificación ha concluido). Eleve entonces la temperatura (entre 75 a80°C) para evaporar el etanol. Una vez evaporado el etanol, deje enfriar, mida el pH del jabónpreparado y compare con el pH de un jabón comercial; de ser necesario, ajuste el pH de su

jabón. Mida el volumen de la espuma de su jabón y determine también el volumen de laespuma del jabón comercial.

Determinación del volumen de espumaColoque aproximadamente 1 g de jabón en una probeta graduada de 50 o 100 mL,

adicione 10 mL de agua y agite vigorosamente durante 5 minutos con un agitador magnético.Mida el volumen de la espuma formada.

Puede preparar diferentes jabones variando la grasa o aceite, el tipo de lejía o lacantidad de etanol.

Nota: se recomienda usar una lejía industrial, de no conseguirla, se preparará la lejíautilizando NaOH o KOH en escamas o lentejas y agua destilada.

Escriba los resultados en el cuadro siguiente:

Grasa oaceite

I.S. de lagrasa oaceite

Tipo de lejía yconcentración

Cantidadde etanol

Tiempode

reacción

pHdel

jabón

Volumende la

espuma

ANTECEDENTES

a) Reacción de saponificación (hidrólisis básica de ésteres), características, condiciones dereacción y mecanismo.

b) Definición de índice de saponificación y su utilidad.c) Métodos industriales para la fabricación de jabones de tocador.d) Composición de los aceites y grasas utilizados en la elaboración de jabones: aceite de

coco, palma, oliva, almendras, cebo de res, manteca de cerdo, etc.e) Características de las lejías utilizadas en la industria de jabones.f) Aditivos para jabones: colorantes, esencias, emolientes, etc.g) Normas oficiales para la elaboración y aceptación de un jabón de tocador.


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CUESTIONARIO

1) ¿Cómo se determina la cantidad de base que se deberá usar para saponificar una grasa oaceite?

2) ¿Por qué no es posible calcular la cantidad de álcali necesario para saponificar una

determinada cantidad de grasa o aceite, con un simple cálculo estequiométrico?3) ¿Para qué se utiliza el etanol en la reacción de saponificación de la grasa o aceite?4) ¿Por qué la temperatura de reacción de la saponificación no debe pasar el límite de 75

°C?5) ¿Cómo determina prácticamente que la reacción de saponificación ha terminado?6) ¿Mediante qué pruebas puede usted verificar que el jabón obtenido es adecuado para su

uso?7) ¿Cuál es la diferencia entre el volumen de la espuma del jabón preparado y el volumen de

espuma del jabón comercial? Explique la causa de tal diferencia.8) ¿El pH del jabón preparado (medición inicial) fue diferente al pH del jabón comercial? Si la

respuesta es afirmativa, ¿qué tan grande fue esta diferencia y a que lo atribuye? Si no

hubo diferencia significativa ¿a qué se debe?9) Explique la importancia de determinar correctamente el índice de saponificación en lapreparación de un jabón.

10) ¿Qué diferencias encuentra entre los productos obtenidos al variar el tipo de lejía (entrelejía de NaOH y lejía de KOH) para saponificar la misma grasa o aceite?

11) ¿Qué diferencias encuentra entre los distintos productos obtenidos al variar las grasas oaceites?

12) ¿Cuál es la relación entre las propiedades de un jabón y la estructura de los residuos deácidos grasos que lo componen?

BIBLIOGRAFÍA

O.L.J. Smith y S.J. Cristol, Química Orgánica, Volumen II. Reverté, México, 1970.

C.F. Wilcox y M.F. Wilcox, Experimental Organic Chemistry, Prentice Hall, 2da. edición,Estados Unidos, 1995.

J. McMurry, Organic Chemistry, Brooks/Cole Publishing Company, 3ra. edición, EstadosUnidos, 1992.


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PREPARACIÓN DE COLORANTES AZOICOS.

INFLUENCIA DE LA TEMPERATURA EN LAS REACCIONES DE DIAZOACIÓN YCOPULACIÓN

PROBLEMA

Determine la temperatura que se requiere para obtener un colorante azoico con lamayor pureza y el más alto rendimiento posible.

REACCIONES

INFORMACIÓN

• Las aminas primarias aromáticas reaccionan con ácido nitroso para formar sales dediazonio relativamente estables. Estas reacciones reciben el nombre de reacciones dediazoación .

• Las sales de diazonio pueden actuar como electrófilos débiles y reaccionar con anillosaromáticos activados en reacciones de sustitución electrofílica aromática. A este tipo dereacciones se les conoce como reacciones de copulación.

• Los fenoles, los naftoles y las aminas aromáticas poseen un anillo activado que permitelas reacciones de copulación entre ellos y las sales de diazonio. De dichas reaccionesse obtienen colorantes azoicos.

• Los colorantes azoicos presentan bandas características de absorción en la región delvisible del espectro electromagnético.

1) NaNO2, HClCl N N R

Diazoación:

Amina

aromáticaSal de diazonio

Copulación:

+1) NaOH

2) HCl

N N R

Colorante azóico

R = CH3, NO2, OCH3, SO3H, OH

NH2 R

G

GSal de diazonio

- G = - OH, - NH2, - NHR, - NR2

Sustrato aromático activado


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a) Formación de la sal de diazonio (reacción de diazoación)

Disuelva 0.0058 moles de la amina aromática en 5.5 mL de disolución de ácido

clorhídrico al 10 %. Lleve la disolución al intervalo de temperatura deseado (de los que seindican en el cuadro de abajo), y agregue 0.3 g de nitrito de sodio, agite y mantenga a dichatemperatura la mezcla de reacción.

b) Reacción de copulación

Disuelva 0.0055 moles del sustrato aromático en 4.0 mL de disolución de hidróxido desodio al 10 %, y lleve la disolución a la misma temperatura que se utilizó en la reacción dediazoación. Adicione la disolución del sustrato aromático a la disolución de la sal de diazoniopreviamente formada, y agite durante varios minutos manteniendo la temperatura sin

variación; mida el pH y ajústelo de ser necesario. Deje reposar la mezcla de reacción atemperatura ambiente durante aproximadamente 5 minutos. Enfríe en baño de hielo parainducir la cristalización; en caso necesario, acidule hasta pH ácido. Aísle el producto mediantefiltración a vacío y lávelo con agua. Permita que el colorante se seque. Determine su punto defusión y rendimiento.

Realice una cromatografía en capa fina comparativa del producto con sus materiasprimas, y otra de los productos obtenidos a las distintas temperaturas. Purifique cada uno delos productos por recristalización, determine el rendimiento y punto de fusión. Envíe unamuestra de cada producto crudo al laboratorio de análisis espectroscópico, para que se lesefectúe un análisis cuantitativo por medio de espectrofotometría UV-visible, y de esta maneradeterminar la pureza relativa de los colorantes crudos.

Registre sus datos en el cuadro siguiente:

Intervalode T(°C)

Cambio decoloracióncon el pH

Rendimientodel producto

crudo(%)

Materia pr imadetectada porcromatografíaen capa fina

Coeficientede

extinciónmolar

Punto defusión delproducto

crudo

0 – 5

20 – 25

30 – 35


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Determinación de pureza mediante espectrofotometría UV-visible

El espectro de absorción UV-visible de un compuesto es una representación gráficaque indica la cantidad de luz absorbida (absorbancia) a diferentes valores de longitud de onda(λ), y se caracteriza por la presencia de un pico de absorción máxima. A la longitud de onda a

la que se presenta la máxima absorbancia se le conoce como λmáx.El comportamiento de la absorbancia de una sustancia en disolución diluida, sigue laley de Lambert-Beer:

A = ε X C X L

Donde: A = absorbanciaC = concentración de la sustancia en moles/LL = longitud de la celda en cmε = coeficiente de extinción molar

El coeficiente de extinción molar (ε) es una constante caracter ística de cada sustanciaen condiciones definidas de longitud de onda, disolvente y temperatura; indica la intensidad dela absorción por parte de la sustancia a tal longitud de onda.

En la literatura se pueden encontrar valor es de ε determinados a la λmáx (εmáx) para ungran número de compuestos. La comparación delε máx reportado en la literatura con elobtenido prácticamente, da información acerca de la pureza del compuesto.

Para determinar el coeficiente de extinción molar práctico a la λmáx, se mide laabsorbancia de la sustancia a la λmáx, y se calcula el εmáx con la siguiente ecuación:

εmáx = A / (C X L)

ANTECEDENTES

a) Características estructurales, importancia comercial y síntesis de colorantes azoicos.b) Ecuaciones generales y mecanismos de las reacciones de diazoación y copulación.c) Condiciones experimentales generales para las reacciones de diazoación y copulación.d) Análisis cualitativo y cuantitativo de colorantes azoicos por la técnica de espectrofotometría

en el visible.e) Diagrama de flujo de la síntesis del colorante azoico de interés.f) Diferentes métodos a través de los cuales los colorantes azoicos tiñen las telas.


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CUESTIONARIO

1) Describa a través de un diagrama de flujo, el proceso general de obtención de un coloranteazoico, especificando en cada etapa del proceso, el objetivo de la misma.

2) Al variar el pH, ¿se presentó algún cambio en la coloración de la disolución acuosa de su

producto?, si la respuesta es afirmativa ¿a qué se debe dicho cambio de coloración?3) ¿Qué diferencias observa entre los productos obtenidos a las distintas temperaturas?4) ¿Cuál fue el rendimiento y la pureza de cada uno de los productos obtenidos a las distintas

temperaturas?5) ¿Se encontraban sus productos contaminados con materias primas?, si la respuesta es

afirmativa, ¿cuáles fueron las materias primas que contaminaron cada uno de susproductos y cómo las detectó?

6) ¿Cuál fue la temperatura con la que se obtuvo máxima pureza y máximo rendimiento decolorante? Explique.

7) En base a la pureza y el rendimiento de sus productos, explique el efecto de latemperatura en la síntesis de colorantes azoicos.

BIBLIOGRAFÍA

A.I. Vogel, A Textbook of Practical Organic Chemistry, Longman, 4ta. edición, Londres, 1978.

R.Q. Brewster, Curso Práctico de Química Orgánica, Alhambra, España, 1970.

J.D. Roberts y M.C. Caseiro, Basic Principles of Organic Chemistry, W. A. Benjamin, EstadosUnidos, 1965.

Colour Index Internacional: http://www.colour-index.org/


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SÍNTESIS DE POLIMEROS

RELACIÓN ENTRE EL COMPORTAMIENTO AL CALOR DE LOS POLÍMEROS YSU FORMA

PROBLEMA

Sintetice los polímeros propuestos, clasifíquelos de acuerdo a su comportamientofrente al calor, y determine la relación de este comportamiento con la forma del polímero y sumétodo de síntesis.

INFORMACIÓN

• Polímero: El termino polímero (del griego poli = muchos, meros = partes) se refiere amacromoléculas cuya estructura depende del monómero o los monómeros utilizadosen su preparación. Si se unen sólo algunas unidades de monómero se obtiene unpolímero de bajo peso molecular llamado oligómero (del griego oligos = pocos).

• Clasificación de los polímeros de acuerdo a su forma y a su comportamiento frente alcalor:

TIPOS DE

POLIMEROS

POR SU FORMA:

Lineales Ramificados Entrecruzados Reticulados

POR SU COMPORTAMIENTO AL CALOR:

A) Termoplás ticos: Presentan uncomportamiento similar a la de laparafina, funden al calentarse y sesolidifican al enfriarse, pudiéndoserepetir esta operación sucesivas vecessin degradarse.

B) Termofijos: No toleran ciclosrepetidos de calentamiento y

enfriamiento como los termoplásticos.Con calentamiento suave, se ablandan yfluyen una vez, para ser moldeados,pero las temperaturas elevadasendurecen el material y lo convierten enun sólido infundible.


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• También se puede clasificar a los polímeros de acuerdo al método para sintetizarlos.Las polimerizaciones en cadena se llevan a cabo con monómeros vinílicos, y puedenser de tres tipos: aniónicas, catiónicas y vía radicales libres.Las polimerizaciones en etapas involucran a monómeros con diversos tipos de gruposfuncionales, que reaccionan entre sí, con o sin eliminación de pequeñas moléculas.

Las principales diferencias entre una polimerización en cadena y una polimerización enetapas se resumen a continuación.

Algunas características de los tres tipos de polimerización en cadena se muestran en lasiguiente tabla.

REACCIONES DE POLIMERIZACIÓN EN CADENARadicales libres Se producen cuando se hace reaccionar el monómero con un

radical libre iniciador (iniciación), generando un nuevo radicallibre que reacciona con el monómero dando lugar al crecimientode la cadena (propagación).

Catiónica Se llevan a cabo por un mecanismo similar al proceso radicalario,excepto que implica a carbocationes como iniciadores eintermediarios.

Aniónica Tienen lugar a través de carbaniones como iniciadores eintermediarios. Requieren de un monómero que produzca uncarbanión estabilizado, cuando reaccione con el extremo aniónicode la cadena en crecimiento.

TIPO DE POLIMERIZACI N

En cadena

El crecimiento de la cadena ocurrepor adición sucesiva de las unidadesde un monómero a un númerolimitado de cadenas crecientes.

El grado de polimerización puedeser muy alto.

El monómero se consumelentamente pero el peso molecularaumenta rápidamente.

Están involucradas tres etapasdiferentes: iniciación, propagación yterminación.

La velocidad de polimerizaciónaumenta inicialmente, luego

permanece relativamente constantehasta que el monómero se agota.

En etapas

El crecimiento de la cadena ocurrepor reacción entre los monómeros,oligómeros y polímeros.

El grado de polimerización es debajo a moderado.

El monómero se consumerápidamente, mientras que el pesomolecular crece lentamente.

No se requiere de un iniciador, y selleva a cabo la misma reacción n veces a lo largo de todo el proceso.

La velocidad de reacción vadecreciendo hasta llegar a un estado

estacionario.


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REACCION 1. Síntesis de po limetacrilato de metilo

CH3

O

CH3

O

CH2 PhO

O Ph

O

O

C

CH3

O

CH3

O

H2C

n


En un tubo de ensayo coloque 2.5 mL de metacrilato de metilo recién destilado (nota),agregue 0.025 g de peróxido de benzoílo y agite. Tape el tubo con papel aluminio y caliente abaño maría. Si la mezcla de reacción burbujea violentamente, retírela rápidamente del baño

maría e introduzca el tubo en un baño de hielo, reanude el calentamiento cuando cese elburbujeo. Caliente hasta que observe la completa solidificación del polímero.

REACCION 2. Síntesis de poliestireno

PhO

O Ph

O

O

CH2HC

n

H2C


En un tubo de ensayo coloque 3.0 mL de estireno recién destilado o lavado condisolución de NaOH (nota), adicione 0.1 g de peróxido de benzoílo y agite. Introduzca el tubode ensayo en un vaso de precipitados (baño de aire) y caliente moderadamente en unaparrilla. Cuando la mezcla de reacción comience a burbujear, retire el vaso de precipitados dela parrilla o retire el tubo de ensayo, una vez que cese el burbujeo, ponga de nuevo el vaso enla parrilla o coloque de nuevo el tubo en el vaso, y continúe calentando hasta que el polímerosolidifique por completo.

Nota: Estos monómeros deben destilarse para eliminar el inhibidor que contienen. Otraopción es lavarlos consecutivamente con disolución de NaOH al 5 ó 10% (treslavados) y agua (un lavado), y posteriormente secarlos con Na2SO4 anhidro. Esteprocedimiento se recomienda particularmente en el caso del estireno, ya que elpunto de ebullición normal de este monómero es de 145 °C, por lo que el inicio dela destilación puede tardar demasiado tiempo.


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REACCION 3. Síntesis de gliptal

+ OH OH

OH

O O

O CH2CHCH2O

O

O

OO

AcONao

H2SO

4

n


En un tubo de ensayo coloque 0.2 g de glicerina (aproximadamente 0.16 mL), 0.5 g deanhídrido ftálico pulverizado y 0.1 g de acetato de sodio, agite y agregue piedras de ebullición.Cubra el tubo con papel aluminio y hágale pequeñas perforaciones al aluminio. Sostenga eltubo con una pinza y caliéntelo suavemente con un mechero a través de tela de asbesto; elanhídrido ftálico se fundirá y la mezcla comenzará a burbujear (se elimina agua durante la

reacción). Continúe calentando hasta obtener un sólido transparente color ámbar. Repita lareacción utilizando como catalizador ácido sulfúrico concentrado (1 gota) en lugar de acetatode sodio. Compare los productos obtenidos en ambas reacciones.


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REACCION 4. Síntesis de una pol iamida o nylon (polimerización interfacial)

+ NH2NH2

O

NH(CH2)8 NH

O

Cl

O

Cl

O

NaOH

n


En un vaso de precipitados de 50 mL, prepare 2.5 mL de una disolución acuosa deoctametilendiamina al 5%; adicione 5 gotas de una disolución de hidróxido de sodio al 20% yagite. En otro vaso de precipitados de 50 mL, prepare 5 mL de una disolución de cloruro deisoftaloílo al 8% en cloroformo o diclorometano. Coloque sobre la superficie de la disoluciónde octametilendiamina, un gancho de alambre de cobre (un fragmento de alambre plegado enun extremo) o una espátula delgada. Vierta lentamente la disolución de cloruro de isoftaloíloen forma de chorro fino, sobre la disolución de octametilendiamina, se formaráinmediatamente una película de polímero en la interfase liquido-liquido, en seguida, inserte elgancho de cobre ó espátula en el polímero y jale suavemente de manera que se forme unacuerda de poliamida, al mismo tiempo, continué adicionando la disolución de cloruro deisoftaloílo hasta vaciarla por completo. Alargue la cuerda de poliamida lo más posible.

Enjuague la cuerda con agua de la llave y póngala a secar en una toalla de papel. Con elgancho de alambre de cobre o espátula, agite vigorosamente el resto del sistema bifásicopara formar más poliamida; decante el líquido y lave el polímero con agua, permita que seseque.

Nota: Para estudiar el comportamiento al calor de esta poliamida (ver más adelante),coloque un poco del nylon recuperado del sistema bifásico en un tubo de ensayo,y caliente a través de un baño de aire ó baño de aceite.


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REACCION 5. Síntesis de resina resorc ino l-formaldehído

OH

OH

+

O

HH

CH2

OH

H2C

OH

OH OH

OH

OH

H2C

OH

OH

CH2

CH2 CH2

n


En un tubo de ensayo coloque 0.5 g de resorcinol, 1.25 mL de disolución acuosa deformaldehído (37% P/P) y 1 gota de glicerina, agite y añada piedras de ebullición. Tape el tubocon papel aluminio y caliente en un baño de aceite a una temperatura entre 80-100oC, hastaque el producto solidifique por completo. Deje enfriar el polímero a temperatura ambiente;rompa el tubo de ensayo para recuperar la barra de resina que es de color rojo oscuro, yenjuáguela con agua de la llave.

REACCION 6. Síntesis de politiofeno

S Sn

FeCl3

CHCl3


En un matraz Erlenmeyer de 50 mL, disuelva 0.8 g de FeCl3 en 12 mL de cloroformo.Paralelamente en un vaso de precipitados de 50 mL, disuelva 0.5 mL de tiofeno en 10 mL decloroformo y adiciónelo a la primera disolución. Agite magnéticamente a temperatura ambientepor espacio de 1 hora. Al cabo de este tiempo, agregue 1 mL de hidrato de hidracina y agitevigorosamente. Vierta la mezcla de reacción a un vaso de precipitados conteniendo 100 mLde metanol y agite, el producto precipita de inmediato. Enfríe en baño de hielo, filtre el sólido avacío y lávelo con metanol frío.


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ESTUDIO COMPARATIVO

Una vez efectuadas las diferentes polimerizaciones, clasifique cada una de ellas deacuerdo al método de polimerización empleado y al tipo de iniciador, en caso de haberlo.Asimismo, clasifique los polímeros obtenidos de acuerdo a su forma.

Tome una pequeña muestra de cada polímero, colóquela en un tubo de ensayo ycaliéntela a la flama (moderada) a través de tela de asbesto. Una vez que funda o seendurezca sin fundir, según el caso, suspenda el calentamiento. Anote sus observaciones yclasifique los diferentes polímeros de acuerdo a su comportamiento frente al calor.

RESULTADOS

Registre sus resultados en la siguiente tabla:

Polímeroobtenido Tipo depolimerización Tipo deiniciador(si lo hay)

Tipo de

polímerode acuerdo asu forma

Tipo de polímero

de acuerdo a sucomportamientofrente al calor

ANTECEDENTES

a) Concepto de monómero, polímero y oligómero.b) Tipos de polimerización: polimerización en cadena y polimerización en etapas,

características y ejemplos representativos.c) Diferencias cinéticas entre una polimerización en cadena y una polimerización en etapas.d) Tipos de polimerización en cadena: características y ejemplos representativos de las

polimerizaciones aniónica, catiónica y vía radicales libres.

e) Clasificación de los polímeros de acuerdo a su forma y ejemplos de polímeros de cadatipo.f) Clasificación de los polímeros de acuerdo a su comportamiento al calor y ejemplos de

polímeros de cada tipo.g) Propiedades físicas y usos de los polímeros que se sintetizarán.h) Métodos de obtención industriales de los polímeros que se sintetizarán.


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CUESTIONARIO

1) ¿Cuáles son las principales diferencias entre una polimerización en cadena y unapolimerización en etapas?

2) ¿Qué tipos de iniciadores se pueden utilizar en la polimerización del metacrilato de metilo?

3) ¿Qué tipos de iniciadores se pueden utilizar en la polimerización del estireno?4) ¿A partir de qué reactantes se obtiene el polipropilentereftalato y cuál es su estructura?5) ¿Cuál es la estructura del nylon 6,6 y a partir de qué reactantes se obtiene?6) ¿Cuáles son las diferencias entre el gliptal y el polietilentereftalato (forma y

comportamiento frente al calor)? Explique el origen de estas diferencias.7) Explique la diferencia entre un polímero termoplástico y uno termofijo y mencione tres

ejemplos de cada uno.8) ¿Por qué es más rápida la polimerización si se usa resorcinol en lugar de fenol, en la

obtención de una resina tipo fenol-formaldehído?9) ¿Cuál es la relación entre la forma de los diferentes polímeros obtenidos y su

comportamiento frente al calor? Explique.

10) Explique la relación entre el método de síntesis de los polímeros y su comportamientofrente al calor.

BIBLIOGRAFÍA

M.P. Stevens, Polymer Chemistry: an Introduction, 3era. edición, Oxford University Press,New York, 1999.

W.J. Roff y J.R. Scott, Handbook of Common Polymers, Ed. CRC, Florida, 1978.

D.L. Pavia, G.M. Lampman, G.S. Kritz y R.G. Engel, Introducction to Organic LaboratoryTechniques, 1era edición, Saunders College Publishing, Estados Unidos, 1998.

J. McMurry, Química Orgánica, International Thompson Editores, 5a edición, México, 2001.


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OBTENCIÓN DE BENZOATO DE FENILO.

OPTIMIZACIÓN DE UNA REACCIÓN DE SCHOTTEN-BAUMANN

PROBLEMA

Determine la cantidad de hidróxido de sodio y el tiempo de reacción necesarios paraobtener un elevado rendimiento de benzoato de fenilo, y concluya respecto al efecto delhidróxido de sodio sobre la reacción de Schotten-Baumann.

REACCIÓN

+NaOH

OH

O

O+ NaCl

Fenol

p.f. = 40-42 °C

Cloruro de benzoílo

p.f. = 198 °C

Benzoato de fenilo

p.f. = 69-70 °C

O

Cl

INFORMACIÓN

• Los ésteres son compuestos clasificados como derivados de ácidos carboxílicos, suestructura general es:

• Los fenoles son ácidos débiles que al reaccionar con una base fuerte, formanfenóxidos. Estos se comportan como nucleófilos fuertes en reacciones de sustituciónnucleofílica de acilo (SNAc).

• La reacción de un fenóxido con cloruros de acilo, conduce a la obtención de ésteres,este proceso es conocido como reacción de Shotten-Baumann.

• La hidrólisis de los cloruros de acilo da lugar a los ácidos carboxílicoscorrespondientes.

R O R' C

O


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Con el fin de determinar el efecto de la cantidad de base y del tiempo de reacción en laobtención del benzoato de fenilo a través de la reacción de Shotten-Baumann, se llevarán acabo diversos experimentos en las condiciones de reacción que se indican en la tabla

siguiente.Disolución de NaOH al 10% Tiempo de calentamiento

Cantidad estequiométrica: 4.5 mL 10 minutos10 mL 20 minutos20 mL 30 minutos30 mL

Síntesis del benzoato de fenilo

En un matraz Erlenmeyer de 125 mL, disuelva un gramo de fenol en la cantidadestablecida de disolución acuosa de NaOH al 10 %. Agregue 2.0 ml de cloruro de benzoílo (enla campana). Tape el matraz con un tapón de corcho y agite vigorosamente la mezcla dereacción durante el tiempo indicado. Una vez terminado el tiempo de reacción, separe elsólido obtenido por filtración al vacío y lávelo con agua fría; guarde el filtrado para tratarloposteriormente. Determine punto de fusión y rendimiento del producto crudo. Recristalice elsólido de etanol y determine nuevamente punto de fusión y rendimiento.

Realice una cromatografía en capa fina comparativa de los reactantes y el productocrudo.

Tratamiento del filtrado (aislamiento del subproducto)

Acidule el filtrado de la mezcla de reacción anterior con una disolución acuosa de HClal 40% hasta un pH = 1, enfríe en baño de hielo y separe el sólido formado (subproducto) porfiltración al vacío. Determine rendimiento y punto de fusión.

Realice una cromatografía en capa fina comparativa del benzoato de fenilo obtenido yel subproducto.

En los cuadros siguientes se registrará el rendimiento y punto de fusión del producto y

el subproducto.


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Benzoato de fenilo crudo

Disolución deNaOH al 10%

10 min. p.f. 20 min. p.f. 30 min. p.f.

4.5 mL

10 mL20 mL30 mL

Subproducto

Disolución deNaOH al 10%

10 min. p.f. 20 min. p.f. 30 min. p.f.

4.5 mL10 mL

20 mL30 mL

ANTECEDENTES

a) Métodos de obtención de ésteres, ecuaciones generales, características y condiciones dereacción.

b) Reacción de Schotten-Baumann, características, condiciones de reacción y mecanismo.c) Propiedades químicas de los fenoles.d) Propiedades químicas de los cloruros de acilo.e) Diagrama de flujo del procedimiento experimental a realizar.


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CUESTIONARIO

1) ¿Qué sucedería si agregara la disolución de NaOH al cloruro de benzoílo? Escriba laecuación correspondiente.

2) ¿Qué ocurre cuando se adiciona la disolución de NaOH al fenol? Escriba la ecuación

correspondiente.3) ¿Cuál es el orden más adecuado para adicionar los reactantes en la reacción de Schotten-Baumann? Explique.

4) ¿Cuál es el reactivo limitante de la reacción? Escriba los cálculos efectuados paraidentificarlo.

5) Con los datos obtenidos, realice una gráfica de rendimiento del producto contra moles dehidróxido de sodio, y otra de rendimiento de subproducto contra moles de hidróxido desodio, para cada tiempo de reacción.

6) ¿Encuentra alguna congruencia entre las gráficas del producto y del subproducto?7) Con base en la información bibliográfica y en el punto de fusión del subproducto, infiera de

que compuesto se trata.

8) ¿Cómo comprobaría que el subproducto es el compuesto que usted supone?9) Con base en sus resultados experimentales, determine las condiciones de reacción con lascuales se obtiene el mejor rendimiento de benzoato de fenilo.

10) Explique el efecto que tiene la cantidad de NaOH en la reacción de Schotten-Baumann.

BIBLIOGRAFÍA

S. Wingrove y R.L. Caret, Química Orgánica, Harper & Row Latinoamericana, México, 1984.

J. McMurry, Organic Chemistry, Brooks/Cole Publishing Company, 3era. edición, EstadosUnidos, 1992.


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TRANSESTERIFICACIÓN Y GLICÓLISIS: ¿REACCIONES IGUALES ODIFERENTES?

PROBLEMA

Efectúe la reacción de transesterificación del tereftalato de dimetilo con etilenglicol, y lade glicólisis de residuos de botellas de PET. Con base en sus resultados experimentales,explique si las reacciones de transesterificación y de glicólisis son iguales o diferentes.

REACCIÓN DE TRANSESTERIFICACIÓN

CR O

O

R' + O HR'' CR OO

R'' + O HR'

Éster Éster diferente Alcoholreactivo

catalizador

Alcoholproducto

REACCIÓN DE GLICÓLISIS

n

OH R´ OH+CO

C O R O

O

C

O

OR´OH C O R´ OH

O

C

O

OROH C O R OH

O

C

O

OR'OH C O R OH

O

Poliéster

Glicol reactivo

Diéster de Diéster de

Diéster mixto

+

++

OH R´ OH OH R OH

OH R OH

Glicol proveniente del poliester

catalizador


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INFORMACIÓN

• Un polímero es una molécula de alto peso molecular formada por la unión repetitiva demoléculas menores, llamadas monómeros.

• El polietiléntereftalato ó tereftalato de polietileno, es un polímero que se emplea en lafabricación de fibras textiles, películas y envases para bebidas (PET), y puede serreciclado.

• El polietiléntereftalato es un poliéster que se obtiene al hacer reaccionar al ácido tereftálicoo al tereftalato de dimetilo con etilenglicol, en presencia de un catalizador y utilizando altastemperaturas.

• Los ésteres reaccionan con los alcoholes para producir un nuevo éster y un nuevo alcohol.Estas reacciones reciben el nombre de reacciones de transesterificación, y para poderefectuarse, requieren ser catalizadas por ácidos o por bases.

• La reacción de glicólisis del polietiléntereftalato con etilenglicol, da como producto elmonómero de dicho polímero.

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL DE TRANSESTERIFICACIÓN

En un matraz bola de fondo plano pesado previamente, coloque 5.0 g de tereftalato dedimetilo (TDM), 3.0 mL de etilenglicol (EG) y 10 mg de acetato de zinc. Introduzca una barramagnética y adapte un sistema de destilación fraccionada con el extremo del colector dentro

de una probeta graduada.Caliente moderadamente con agitación magnética hasta fundir todo el tereftalato dedimetilo; continúe el calentamiento hasta que cese la destilación del metanol (nota). Desmonteel aparato de destilación lo más rápido posible y vierta el contenido del matraz bola en unrecipiente elaborado con papel aluminio. Una vez que se encuentre a temperatura ambiente,pese el matraz para determinar la cantidad de producto que se quedó adherida a él. Mida elvolumen de metanol obtenido y con su densidad (0.792 g/mL) y peso molecular, calcule lasmoles de metanol obtenidas, y con la siguiente ecuación, calcule el porcentaje de conversiónde la reacción.

100 X

teoricasmetanoldemoles

obtenidasmetanol demoles = conversión de %

Purifique mediante recristalización simple al sólido obtenido, usando agua destiladacomo disolvente ideal. Determine punto de fusión y rendimiento del producto purificado.

Nota: Se recomienda que forre la columna Vigraux con lana de vidrio o con un traposeco para homogenizar la temperatura.


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PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL DE GLICÓLISIS

Coloque en un matraz bola fondo plano, 2.5 g de residuos de PET cortados enpequeños cuadros, 5.0 mL de etilenglicol y 10 mg de acetato de zinc, introduzca una barramagnética. Caliente a reflujo la mezcla de reacción con agitación magnética durante una hora

y treinta minutos. Al término de este tiempo, filtre por gravedad la mezcla de reacción encaliente y deje enfriar el filtrado a temperatura ambiente. Enfríe en baño de hielo y aísle elsólido formado por filtración al vacío, lávelo con agua destilada fría. Una vez que se seque elproducto, determine su punto de fusión y rendimiento.

Analice por espectroscopía de infrarrojo a los productos obtenidos en ambasreacciones.

ANTECEDENTESa) Reacciones de transesterificación en medio ácido, características, condiciones de reacción

y mecanismo.b) Polimerización en etapas, características, condiciones de reacción y ejemplos

representativos.c) Propiedades y usos del polietiléntereftalato (PET).d) Síntesis del polietiléntereftalato, características, condiciones de reacción y métodos

industriales.e) Métodos de reciclaje químico del PET; características, ventajas y desventajas de cada

método.

CUESTIONARIO

1) Escriba cada una de las reacciones que se efectuaron en los experimentos realizados.2) Realice los cálculos para determinar la cantidad estequiométrica de etilenglicol necesaria,

para llevar a cabo la reacción de transesterificación del TDM.3) ¿Cuál es la razón de destilar el metanol en la reacción de transesterificación?4) Realice los cálculos para determinar la cantidad máxima de metanol que se puede obtener

en la reacción de transesterificación.5) ¿Por qué razón utiliza etilenglicol para efectuar la glicólisis del PET?6) ¿Qué otros dioles podría utilizar para llevar a cabo la reacción de glicólisis del PET y qué

productos obtendría en cada caso?7) ¿Los productos obtenidos en las dos reacciones efectuadas, son considerados como

polímeros? Explique.8) Con base en las reacciones propuestas, ¿qué grupos funcionales deberá observar en los

espectros de IR de los productos obtenidos en ambas reacciones?9) Los espectros de IR obtenidos, ¿concuerdan con lo esperado por usted?


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10) Cuáles y cómo son los puntos de fusión de los dos productos obtenidos?11) Explique sus resultados experimentales con base en las reacciones químicas efectuadas.12) Analice la reacción de transesterificación del TDM y la de glicólisis del PET, explique lo

que tienen en común y las diferencias entre ambas.

BIBLIOGRAFÍA

S.J. Hawkes, Journal of Chemical Education, 2000, 77, 321-6.

D.G. Pérez y C. Valdés, Enseñanza de las Ciencias, 1996, 14, no. 2, 155-63.

R.L. Cornejo y Y. Caballero, La reacción de transesterificación aplicada al reciclaje depolímeros, Memorias del Congreso de Educación 2001, Revista Sociedad Química de México.

D. Kaufman, J. Chem. Educ., 1999, 76, 1525-6.F. Rodríguez, Principles of Polymer Systems, Mc Graw-Hill, Estados Unidos, 1970.

R.B. Seymour, Journal of Chemical Education, 1998, 65, no. 4, 327-334.

W. Carothers y G.B. Kauffman, Journal of Chemical Education, 1988, 65, no.9, 803-808.

Guiones experimentales 162

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