1

GRAU EN FARMÀCIA

LABORATORI DE

QUÍMICA ORGÀNICA

PER A REALITZAR LES PRÀCTIQUES, L’ESTUDIANT HA DE PORTAR:

2

QUADERN DE PRÀCTIQUES

QUADERN DE LABORATORI

ULLERES DE SEGURETAT

BATA DE LABORATORI

GUANTS DE GOMA O LÀTEX

OBJECTIUS GENERALS

Competències que s’han d’adquirir amb la realització de les pràctiques:

1. Coneixement i aplicació de les tècniques bàsiques d’obtenció, aïllament i

caracterització dels compostos orgànics.

2. Coneixement dels riscos associats a l’ús de compostos orgànics i de les tècniques

utilitzades en la seua manipulació, obtenció, aïllament, purificació i anàlisi.

3. Capacitat per a buscar i trobar coneixements relacionats amb l’àrea, sempre

aplicant la capacitat crítica i autocrítica.

4. Capacitat per a interpretar, valorar i comunicar dades rellevants fent ús del

llenguatge propi de la química orgànica.

5. Capacitat per a prendre nota de les observacions rellevants i planificar

l’aïllament i la purificació d’una substància mitjançant l’elaboració d’un diagrama

adequat a partir d’un procediment experimental.

Per aconseguir aquests objectius, els estudiants realitzaran cinc sessions de quatre hores

de durada que està previst que vagen acompanyades de vuit hores de treball no

presencial.

AVALUACIÓ

La qualificació obtinguda en les pràctiques de laboratori representa el 15% de la

qualificació global de l’assignatura. Per a aprovar l’assignatura cal assistir a les cinc

sessions.

Per conèixer els components de la qualificació, vegeu la guia docent de l’assignatura

Química orgànica.

NORMES DE SEGURETAT

3

Quan un/a estudiant entre per primera vegada al laboratori ha de localitzar: eixida

d’emergència, dutxa, rentaülls, extintors i manta ignífuga.

Les normes següents són de compliment obligat:

1) No s’ha de fumar o consumir aliments o begudes al laboratori.

2) La bata i les ulleres de seguretat s’han d’usar mentre s’estiga al laboratori. No es permet l’accés

al laboratori als que no disposen o no facen ús dels objectes descrits. Els guants s’han d’usar

sempre durant la manipulació dels productes.

3) Cal utilitzar embuts de vidre per al transvasament de líquids. Si s’han d’usar pipetes, cal utilitzar

les peres de goma apropiades. No s’ha de pipetejar líquids succionant amb la boca; ni olorar,

inhalar o tastar cap compost.

4) Els flascons de reactius i dissolvents s’han de tancar immediatament després d’usar-los. Eviteu

la inhalació de vapors tant de sòlids com de líquids. Si algun producte desprèn vapors tòxics,

caldrà manejar-lo en vitrina.

5) No s’han de manipular productes o dissolvents inflamables prop de mantes i plaques

calefactores. Si algun líquid o sòlid s’escampa en qualsevol lloc del laboratori, caldrà netejar

immediatament de la forma adequada. En cas que es trenque algun termòmetre, aviseu

immediatament el professor, per eliminar el mercuri.

6) Els dissolvents orgànics no s’han de calfar directament sinó per mitjà de banys d’aigua

allunyats de la font de calor i sempre en erlenmeyers o tubs d’assaig, mai en vasos de

precipitats.

7) No s’han de llançar residus a les piques ni tirar a les papereres el vidre trencat; hi ha

contenidors per a cada tipus de residu.

8) Com que s’usa material elèctric (mantes, reguladors, etc.), cal mantenir net i sec el lloc de treball

i el material assignat. La manipulació de qualsevol element d’aquest material s’ha de fer amb

l’aparell en qüestió a temperatura ambient i desconnectat de la xarxa.

9) No s’han de tenir enceses mantes o plaques calefactores en buit, és a dir, sense un recipient

(vas, matràs, etc.) per a calfar.

10) No s’ha d’abandonar el lloc de treball mentre es duga a terme alguna reacció o destil·lació,

tret que ho autoritze el professor o la professora.

I una recomanació: Les lents de contacte poden resultar molt perilloses en cas d’esguitades

accidentals als ulls. Per això, es recomana l’ús d’ulleres graduades o d’ulleres de seguretat

especials.

4

L’INCOMPLIMENT DE QUALSEVOL D’AQUESTES NORMES POT SUPOSAR, DES D’UNA

AMONESTACIÓ FINS A L’EXPULSIÓ.

TELÈFON D’URGÈNCIES: 112

ASSEGURANÇA ESCOLAR (SERVEI PREVENCIÓ RISCOS LABORALS) (96) 398 33 01

INFORMACIÓ TOXICOLÒGICA (SERVEI PERMANENT) (91) 562 04 20

5

PREPARACIÓ DE LA PRÀCTICA I NOTES DE LABORATORI

Una part important de l’experiència de laboratori consisteix a aprendre a prendre notes

detallades de tots els experiments que hi dugueu a terme. Sovint, les notes mal preses

causen errors, frustració i pèrdua de temps.

El quadern de laboratori

El quadern de laboratori és l’instrument en què s’ha d’incloure tota la informació

rellevant.

No s’han d’utilitzar mai pàgines soltes com a quadern de laboratori, sinó un quadern en

què les pàgines estiguen unides, amb la finalitat que aquestes no es puguen extraviar.

El professor pot revisar el quadern en qualsevol moment, per això cal portar-lo al dia.

No s’ha de passar en net un quadern de laboratori.

En general, els aspectes principals que cal anotar en el quadern de laboratori serien els

que segueixen:

1) Descripció general de la pràctica

a) Tècniques de laboratori que s’utilitzen en la pràctica.

b) Material necessari.

c) Característiques físiques (p.f., p.e., densitat, solubilitat en aigua i en dissolvents

orgànics) i toxicitat de reactius i productes.

d) Quantitats de reactius (pes molecular, grams, mols i proporció entre aquests).

e) Tipus de reacció que té lloc. Mecanisme. Possibles productes secundaris.

f) Precaucions especials.

2) Esquema per a l’extracció del producte de la mescla de reacció

Diagrama de flux, indicant la composició probable de cada fase del procés (vegeu-ne un

exemple més endavant)

3) Observacions experimentals

4) Resultats (fórmula del producte obtingut, quantitat, punt de fusió o d’ebullició,

rendiment...).

5) Comentaris als resultats experimentals

6

El punt 1 s’ha de preparar prèviament a la realització de la pràctica.

Notes a prendre al laboratori

Quan es comença la pràctica, el quadern de laboratori ha d’estar sempre a mà per a poder

consultar les notes preses en la preparació anticipada de la pràctica.

Al laboratori, el quadern serveix per a anotar-hi resultats, com pesos obtinguts, volums,

determinacions de constants físiques, càlculs, etc. (és obvi que això no es pot preparar per

endavant). Però no es tracta de transcriure el procediment descrit en el quadern de

pràctiques (la recepta per a la realització), sinó d’apuntar el que s’ha fet i el que s’ha

observat.

Les anotacions han de ser prou clares i detallades perquè puguen ajudar a repetir

l’experiment una persona diferent de la que ha pres les notes.

Quan el producte s’ha purificat finalment, cal incloure les dades pertinents, com ara el

punt de fusió/ebullició, el color, el pes i el rendiment.

Càlcul de rendiments

L’expressió quantitativa de l’eficiència d’un determinat procediment experimental és

donada pel càlcul del rendiment.

Cal distingir entre dues situacions diferents:

1) A vegades, un procediment experimental té per objecte l’extracció d’un compost d’una

mescla per a la seua posterior purificació i identificació. En aquest cas, el rendiment es

calcula mitjançant el quocient entre la quantitat de producte obtingut i la quantitat de

mostra de partida (expressades en unitats de pes, generalment) i multiplicat per 100.

2) En cas que el procediment experimental tinga per objecte la transformació d’uns

compostos de partida en altres productes finals diferents per mitjà d’una reacció

química, cal determinar el rendiment de la reacció tenint en compte l’estequiometria del

procés i la diferència de pes molecular entre els compostos implicats.

L’estequiometria ideal és determinada per l’equació que descriu la reacció que té lloc.

De fet, l’estequiometria ideal s’observa en la pràctica poques vegades. Això és a causa que

apareixen reaccions secundàries que donen altres productes; o perquè s’assoleix un estat

d’equilibri en què hi ha una part significativa de producte de partida, que es pot

recuperar. També pot haver-hi algun reactiu en excés des del principi, o la reacció pot ser

incompleta. Tots aquests factors contribueixen a fer que les proporcions en què s’utilitzen

els reactius i s’obtenen els productes no coincidisquen quasi mai amb les descrites en

l’equació ideal.

7

El rendiment teòric d’una reacció és el nombre de mols de producte que s’esperarien

obtenir d’una reacció tenint en compte l’estequiometria ideal, ignorant reaccions

secundàries, reversibilitat, pèrdues, etc. El rendiment teòric es calcula segons l’expressió:

Rendiment teòric = (mols de reactiu limitant) x (proporció estequiomètrica de reactius)

La proporció estequiomètrica és el quocient entre el nombre de mols del producte i el

nombre de mols del reactiu limitant en l’equació estequiomètrica ideal. En la majoria

dels casos serà igual a un, però cal posar-hi atenció per si no és així.

El rendiment és simplement el nombre de mols de producte obtingut dividit pel

rendiment teòric, i s’expressa habitualment en forma de tant per cent:

Rendiment = 100 x (mols de producte obtingut) / (rendiment teòric)

Atesa la naturalesa del càlcul del rendiment, en general no té sentit especificar més de

dues xifres significatives. Per exemple, no s’ha de donar un rendiment de 67,1428%, sinó

com a 67%.

BIBLIOGRAFIA

SEGURETAT I NORMES DE LABORATORI:

Mesures de seguretat i higiene als laboratoris de la Universitat de València.

Servei de Prevenció de Riscos Laborals.

CARACTERÍSTIQUES DELS COMPOSTOS (dades físiques, químiques, etc.). Consulteu els dos

llibres següents i la informació addicional facilitada per les pàgines web indicades.

1. HANDBOOK OF CHEMISTRY AND PHYSICS.

2. THE INDEX MERCK.

3. www.sigma-aldrich.com

4. Institut Nacional de Seguretat i Higiene en el Treball. Fitxes internacionals. Seguretat química

TÈCNIQUES EXPERIMENTALS

5. TÉCNICAS EXPERIMENTALES EN SÍNTESIS ORGÁNICA. M. A. Martínez Grau i A. G.

Csákÿ. Ed. Síntesia (2001)

6. QUÍMICA ORGÁNICA EXPERIMENTAL. D.L. Pavia, G.M. Lampman i G.S. Kriz Jr., Ed.

Eunibar (1978).

7. VOGEL´S TEXTBOOK OF PRACTICAL ORGANIC CHEMISTRY. B.S. Furniss, A.J.

Hannaford, P.W.G. Smith, A.R. Tatchell, Ed. Longman (1989).

8. CURSO PRÁCTICO DE QUÍMICA ORGÁNICA". R. Brewster, C.A. Vanderwert i W.I.

McEwen. Ed. Alhambra (1965).

8

MATERIAL

Aquests dibuixos corresponen a les peces que trobaràs al lloc de treball i utilitzaràs en les

pràctiques. El professor o la professora anirà anomenant-les perquè anotes el nom i la

utilitat que tenen.

SÍNTESI DE CLORUR DE terc-BUTIL

9

Objectius - Dur a terme la síntesi d’un compost líquid. - Utilitzar els conceptes àcid-base per a l’extracció d’un producte durant el procés de l’elaboració de la mescla producte (work-up). - Aprendre a utilitzar la destil·lació com a mètode de purificació d’un compost líquid. Determinació del punt d’ebullició.

Procediment experimental

En un matràs d’Erlenmeyer, o un matràs de fons redó proveït d’un imant, s’introdueixen 18 mL d’alcohol terc-butílic i 60 mL de HCl concentrat. Sense tapar, s’agita la mescla suaument (1 min aprox.); posteriorment s’agita vigorosament 5 min més. La mescla es passa a un embut de decantació, es deixa en repòs i la capa aquosa es trau de l’embut i es descarta.

La fase orgànica es renta amb uns 25 mL de dissolució saturada de NaHCO3, de primer agitant l’embut obert amb un lleuger moviment circular fins que cesse el fort despreniment gasós (vegeu tècnica d’extracció). Es descarta la capa aquosa de bicarbonat, es renta la fase orgànica amb uns 20 mL d’aigua i, després de decantar la capa aquosa, s’asseca la fase orgànica sobre MgSO4 anhidre (vegeu tècnica d’assecatge). El líquid es transfereix a un matràs de fons redó i es purifica per destil·lació (vegeu tècnica) (com que el líquid és molt volàtil, es pot refredar el matràs de recollida amb un bany d’aigua-gel). Se’n calcula el rendiment.

SÍNTESI DE PARACETAMOL

10

Objectius - Obtenir un compost sòlid d’interès farmacològic. - Aplicar el concepte de quimioselectivitat, ja que es tracta d’obtenir el producte de monoacetilació en l’àtom de nitrogen i no en el d’oxigen. - Utilitzar la tècnica de filtració al buit. - Practicar la tècnica de la cristal·lització com a mètode de purificació d’un compost sòlid. - Utilitzar las tècniques de punt de fusió i de cromatografia en capa fina com a criteris de puresa d’un compost i com a ajuda per a la seua identificació. Procediment experimental En un erlenmeyer de 50 mL, s’introdueixen 9 mL d’aigua i s’afegeixen 2 g de p-aminofenol. A la suspensió formada s’afegeix, lentament, 2,3 mL d’anhídrid acètic. La mescla de reacció s’agita i es calfa en un bany d’aigua durant 15 min, vigilant que la temperatura del bany no siga superior a 80 0C. Es deixa refredar i se separa el sòlid format per filtració al buit (vegeu tècnica), rentant-lo diverses vegades amb aigua (reserveu-ne 10 mg, aproximadament, per a l’anàlisi cromatogràfica). El sòlid obtingut es cristal·litza amb aigua (vegeu tècnica). Una vegada secs els cristalls, es pesen per calcular el rendiment i es determina el punt de fusió (vegeu tècnica).

Per a l’anàlisi per cromatografia en capa fina (vegeu tècnica) es dissolen en quatre vials, respectivament, 10 mg, aproximadament, de cadascun dels compostos següents: p-aminofenol, sòlid obtingut en la pràctica, paracetamol purificat i paracetamol patró. Es prepara la capa fina seguint el procediment descrit en l’apartat corresponent de les tècniques. Eluent: mescla d’hexà i acetat d’etil (1:3). (Alternativament, el professor o la professora pot suggerir altres eluents per a comparar). La placa s’observa a la llum UV (revelatge de la placa) una vegada que s’han evaporat els dissolvents. HIDRÒLISI DE SALICILAT DE METIL

Objectius: - Dur a terme la síntesi d’un compost sòlid usant la tècnica de reflux.

11

- Aplicar els conceptes àcid-base per a la precipitació del producte. - Practicar la cristal·lització com a mètode de purificació d’un compost sòlid. -Determinar el punt de fusió com a característica per a la caracterització d’un sòlid.

Procediment experimental

En un erlenmeyer de 50 mL es dissolen 2 g de NaOH en 20 mL d’aigua i la dissolució es deixa refredar. Una vegada freda, es passa a un matràs de fons redó de 10 mL i s’afegeixen 2 g de salicilat de metil, de manera que es forma una pasta de color blanc. S’hi afegeix un imant i es calfa amb agitació a reflux (100 0C) durant 20 minuts (vegeu tècnica). Posteriorment, es refreda la mescla a temperatura ambient. La mescla freda s’aboca en un vas de precipitats i s’acidifica amb HCl concentrat fins a la precipitació màxima, refredant el vas de precipitats en un bany de gel-aigua. El sòlid blanc format se separa per filtració al buit (vegeu tècnica) i es renta diverses vegades amb aigua. L’àcid salicílic obtingut es cristal·litza d’aigua (vegeu tècnica). Els cristalls s’assequen en una estufa, es pesen per calcular el rendiment i es determina el punt de fusió.

SÍNTESI D’ÈSTERS

Objectius - Dur a terme la síntesi d’un compost líquid utilitzant la tècnica de reflux. - Aplicar la tècnica d’extracció com a mètode d’aïllament d’un compost líquid en el curs de l’elaboració de la mescla producte (work-up).

12

- Utilitzar la destil·lació com a mètode de purificació d’un compost líquid. -Determinar el punt d’ebullició per a la caracterització del compost líquid.

Procediment experimental

En un matràs de fons redó proveït d’un imant, s’introdueixen 0,069 mols de l’alcohol i 10 mL (10,5 g, 0,175 mol) d’àcid acètic glacial. A la mescla s’hi afegeix lentament i acuradament, 2 mL d’àcid sulfúric concentrat. Es connecta al matràs un refrigerant de reflux (vegeu tècnica), i es calfa amb agitació fins a reflux continu durant una hora.

Passat aquest temps, la mescla es refreda i s’aboca sobre 70 mL d’aigua. A continuació, es transfereix a un embut de decantació i se separa la fase aquosa de la fase de l’èster (fase superior) (vegeu tècnica d’extracció). A continuació, la fase orgànica es renta, successivament, amb una dissolució de bicarbonat aquós al 5% (25 mL), amb salmorra (dissolució aquosa saturada de clorur sòdic) i amb aigua. Finalment, la fase orgànica es decanta en un erlenmeyer de 50 mL i s’asseca amb sulfat sòdic anhidre (vegeu tècnica d’assecatge).La dissolució transparent es filtra per gravetat (vegeu tècnica) a un matràs de fons redó i es destil·la (vegeu tècnica) (NOTA). El destil·lat es pesa per calcular el rendiment de la reacció.

NOTA

Punts d’ebullició (0C): acetat de n-butil, 124-125; acetat d’isopentil , 140-142 (en aquest cas, podrien aparèixer azeòtrops amb l’aigua, el punt d’ebullició del quals no correspon al producte desitjat, per això cal assecar-lo molt bé abans de la destil·lació).