Manual uvm qo3

MANUAL DE QUÍMICA ORGÁNICA III

2014

Varios autores


AGOSTO-DICIEMBRE 2014


Contenido

Organización del curso 3

Reglamento general 7

Práctica 1. Obtención de L-2-carbetoxitiirano 9

Práctica 2. Obtención de furfural 11

Práctica 3. Síntesis de Paal-Knorr. Obtención de 1-fenil-2,5-dimetilpirrol. 14

Práctica 4. Síntesis de Fischer. Obtención de 2-fenilindol. 16

Práctica 5. Síntesis de Hantzsch. Obtención de 3,5-dicarbetoxi-4-fenil-2,6-dimetil-1,4-dihidropiridina. 19

Práctica 6. Aislamiento de nicotina. 22

Práctica 7. Condensación de Von Pechmann. Síntesis de

himecromona (-metilumbeliferona). 25

Práctica 8. Síntesis de Phillips. Obtención de 2-metilbencimidazol 27

Práctica 9. Obtención de 5,5-difenilhidantoína. 29

Práctica 10. Síntesis de Biginelli. Obtención de 5-carbetoxi-4-fenil-6-metil-1,2,3,4-tetrahidropirimidin-2-ona. 32

Práctica 11. Obtención de benzotriazol. 34

Práctica 12. Obtención de 2,3-difenilquinaxolina. 37


Organización del curso

Número Total de Prácticas: 11.

Se entrega de un prelaboratorio al inicio de cada práctica.

A la sesión siguiente del término de cada práctica se entregará un reporte de postlaboratorio, el cual deberá incluir los siguientes puntos:

- Portada. - Nombre del laboratorio. - Nombre y número de la práctica. - Fecha en que se realizó la práctica. - Nombre de los estudiantes que integran el equipo. - Introducción (concisa y de una cuartilla máximo). - Objetivos (redactados de manera personal). - Material y reactivos. - Representación de la reacción y su mecanismo (si es el caso) - Desarrollo de la parte experimental. - Resultados experimentales y discusión de los mismos. - Cálculo de rendimiento de la reacción (si es el caso). - Conclusiones (máximo media cuartilla). - Bibliografía y hojas de seguridad.

El reporte será entregado A MANO, de preferencia en hojas recicladas, a la siguiente sesión de que se realizó la práctica.

Se llevarán a cabo tres exámenes parciales. Es indispensable que el promedio de estos tres exámenes sea aprobatorio para acreditar el curso.

- Promedio de los diagramas de prelaboratorio: 10% - Promedio de los diagramas de postlaboratorio 30% - Promedio de los exámenes parciales 60%

TOTAL 100%

Es indispensable en todas las prácticas el uso de bata y googles. SÓLO SE PERMITEN ZAPATOS DE PISO que no dejen al descubierto el empeine. No está permitido el uso de falda. Si se tiene el pelo largo, deberá recogerse hacia atrás. No se permiten visitas durante la sesión experimental. Está prohibido el uso de teléfonos celulares, así como comer, beber, fumar, correr o salir del laboratorio sin avisar. Sólo tienen una tolerancia de 15 minutos para ingresar a clase. Quien no cumpla estas disposiciones, se le impedirá el ingreso o será expulsado del laboratorio.


Ejemplo de un diagrama de Postlaboratorio:

A una solución de clorhidrato de hidroxilamina (3.5 g) en agua (7 mL) contenida en un matraz redondo de 50 mL, adicione 5.1 mL de acetilacetona. Caliente la mezcla de reacción hasta observar prueba negativa con cloruro férrico (aproximadamente 45 minutos); en seguida vacíela sobre agua helada (30 mL). Destile el 3,5-dimetilisoxazol, el cual se recupera como un aceite incoloro (130-135 °C a la presión de la ciudad de México, 586 mmHg).

3.5 g HO-NH3+ Cl

7 mL H2O

O O5.1 mL

¿Prueba negativa con FeCl3?

NOSEGUIR

CALENTANDO

30 mL H2O helada

Purificación del producto por

destilación simple (p. e. 130 - 135 °C)

SI

Bibliografía general del curso.

Ávila-Zárraga, J. G.; García-Manrique, C.; Gavilán-García, I. C.; León-Cedeño, F.; Méndez-Stivalet. J. M.; Pérez-Cendejas, G.; Rodríguez-Argüello, M. A.; Salazar-Vela, G.; Sánchez-Mendoza, A. A.; Santos-Santos, E.; Soto-Hernández, R. M. Química orgánica. Experimentos con un enfoque ecológico. 2a. ed. Dirección General de Publicaciones, Universidad Nacional Autónoma de México. México: 2009.

http://www.google.com.mx/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&frm=1&source=images&cd=&cad=rja&docid=A2KiAk-m6coGDM&tbnid=BW78rfsjcO9zDM:&ved=0CAUQjRw&url=http://132.248.60.110:8081/fesz_website_2011/libreria/?p%3D1444&ei=i2oQUcPEHOeY2wXb5YD4Cg&psig=AFQjCNEcvFpoPFS6QOTFLr9I2UcS2UFFAw&ust=1360116742744663


Yurkanis-Bruice, P. Química orgánica. 5ª. Ed. Pearson educación. México: 2008.

McMurry, J. Química orgánica. 7ª. Ed. Cengage Learning Editores, S. A. de C. V. México: 2008.

Carey, F. A., Giuliano, R. M. Química orgánica. 9ª. Ed. McGraw-Hill Interamericana Editores S.A de C. V. México: 2014.

Morrison, R. T.; Boyd, R. N. Química orgánica. 5ª. Ed. Addison-Wesley Iberoamericana. México: 1098.

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http://www.google.com.mx/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&frm=1&source=images&cd=&cad=rja&docid=JBI2u71DfA7S5M&tbnid=Fr-61REO_2pDDM:&ved=0CAUQjRw&url=http://www.tutomundi.org/2010/05/quimica-organica-mcmurry-7ta-edicion-pdf-descargar.html&ei=nXMQUdacDqWu2QWph4CwCw&bvm=bv.41867550,d.b2I&psig=AFQjCNFE5ULEWGly2RRe2hmFBba-cjyuAw&ust=1360119049907709

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Seguridad en el laboratorio

ASÍ SÍ

Se usan bata cerrada, lentes de seguridad y pantalones.

Se usan zapatos bajos de piel y cerrados.

Se usa el pelo recogido y, cuando sea necesario, se usarán guantes.

ASÍ NO

No se ingieren bebidas ni se enciende fuego dentro del laboratorio.

Tampoco se usa falda ni zapatos

descubiertos (sandalias).

No se ingieren alimentos ni se usa el

pelo suelto.

No se usan jamás zapatos de tacón.


Reglamento general

El presente reglamento es de observación general y tiene como finalidad establecer las herramientas que permitan ofrecer un mejor servicio a los usuarios de los laboratorios de la Escuela de Ciencias de la Salud.

Este reglamento es aplicable a todos los estudiantes y docentes que hagan uso de los distintos laboratorios de la escuela de Ciencias de la Salud.

Para poder ingresar al laboratorio, el estudiante deberá usar bata blanca larga de algodón, limpia y correctamente abotonada, sin mangas dobladas, además, el cabello recogido, sin huaraches y sin accesorios de joyería. En los laboratorios que así lo requieran, el estudiante deberá utilizar la protección que en su caso se determine, por ejemplo, cubrebocas, lentes, etc.

El préstamo de materiales se hará durante los primeros 30 minutos iniciales de la práctica, mediante la entrega de credencial vigente, el llenado de un vale de préstamo de material, equipo y reactivos con todos los datos legibles.

La devolución deberá realizarse 15 minutos antes del término del laboratorio de la práctica y es responsabilidad de los estudiantes la limpieza y el orden del equipo y materiales utilizados.

Queda estrictamente prohibido en el interior del laboratorio: fumar, ingerir alimentos o bebidas, introducir y utilizar cualquier reactivo o material no contemplado en la práctica y utilizar cualquier aparato de comunicación.

Está prohibido que los estudiantes ingresen al almacén de cualquier laboratorio, los únicos autorizados serán el docente y el auxiliar de laboratorio.

El estudiante deberá guardar todos los objetos personales en los espacios del laboratorio dispuestos para ese efecto, dejando sobre la mesa de trabajo sólo el material indispensable para la realización de la práctica.

Durante la realización de la práctica el estudiante deberá dar un uso adecuado al material, equipo e instalaciones. En caso de daño opérdida de material o equipo, el solicitante deberá reponerlo en un plazo no mayor a dos semanas, de lo contario no se proporcionará material en lo sucesivo y la dirección académica determinará la sanción correspondiente.

El estudiante que adeude material o equipo de laboratorio, independientemente de las sanciones procedentes, no podrá realizar prácticas en ese laboratorio hasta que reponga y cubra el costo de reposición del material o equipo faltante.

El docente deberá solicitar el material, sustancias y reactivos al responsable de laboratorio con al menos 7 días de anticipación de la práctica.

Al finalizar la práctica, el estudiante deberá dejar su lugar de trabajo limpio y ordenado, así como regresar el equipo en las mismas condiciones en las que le fue proporcionado, de lo contrario se le fincarán las responsabilidades a que haya lugar.

El desconocimiento de este reglamento no exime al alumno de cualquier sanción que pudiera ser aplicable, y no se efectuará préstamo alguno a quien no cumpla con los requisitos.

SUBE LOS BANCOS A LA MESAS AL TERMINAR LA CLASE.

Se entrega de un prelaboratorio al inicio de cada práctica.


UNIVERSIDAD DEL VALLE DE MÉXICO Escuela de Ciencias de la Salud Materia: Química Orgánica 3

Practica No. 1 OBTENCIÓN DE L-2-CARBETOXITIIRANO.

Carrera: Químico Farmacéutico Biotecnólogo

Objetivo Que el estudiante obtenga un compuesto heterocíclico de tres miembros mediante la formación in situ de un intermediario con un buen grupo saliente.

Reacción

SH

H2N

H O

OCH3

HNO2

SH

N2

H O

OCH3

Cl S H

O

OCH3

2-carbetoxitiirano

Material y reactivos

2 vasos de precipitados de 100 mL 2 pipetas de 10 mL 1 recipiente de peltre 1 embudo de separación de 100 mL 2 soportes universales 1 matraz bola 50 mL 1 cabeza o T de destilación 1 portatermómetro 1 tapón de hule para colocar en la cabeza de destilación

2 pinzas de tres dedos 1 espátula L-cisteinato de metilo (clorhidrato) nitrito de sodio diclorometano sulfato de magnesio anhidro ácido clorhídrico 1M

MANUAL DE LA QUÍMICA ORGÁNICA 3

10

Método En un vaso de precipitados de 100 mL disuelve 0.171 g de L-cisteinato de metilo en 5 mL de ácido clorhídrico 1 M. Coloca esta solución en hielo y enfríala a 0-5 °C. Adiciona entonces 0.207 g de nitrito de sodio y agita manualmente durante 5 minutos. La solución toma un color rojo que poco a poco va disminuyendo en intensidad. Después de los cinco minutos de agitación coloca la solución en un embudo de separación y extrae dos veces con 7 mL de diclorometano. Colecta los extractos orgánicos, sécalos con sulfato de sodio anhidro y remueve cuidadosamente el disolvente por destilación simple usando un baño maría. El residuo es el producto. Determina punto de fusión y rendimiento.

Guía de estudio

o ¿Cuál es el papel del L-cisteinato de metilo? o ¿Cuál es el papel del ácido clorhídrico? o ¿Por qué no se emplea ácido clorhídrico concentrado? o ¿Cuál es el papel del nitrito de sodio? o ¿Por qué es necesario mantener la temperatura baja cuando se adiciona el

nitrito de sodio? o ¿Cuál es el papel del diclorometano? o ¿Cuál es el papel del sulfato de sodio anhidro?

Tiirano


11


Practica No. 2 OBTENCIÓN DE FURFURAL.


Objetivo Aislar un artefacto químico de importancia industrial y caracterizarlo mediante una prueba de identificación específica.

Reacción

O

HO

OH

O

HOO

OH

O

HOO

OH

O

HOO

OH

OH

HOn

H2SO4

O

HO OH

OH

OH

H2SO4

OH

O

Pentosano Ribulosa Furfural

Material y reactivos 1 matraz bola de 125 mL 1 refrigerante de agua con mangueras 1 cabeza de destilación con tapón de hule en el sitio donde va el termómetro 1 embudo de separación 1 vaso de precipitados de 100 mL 1 probeta graduada de 25 mL 1 embudo de vidrio de tallo corto 1 recipiente de peltre 2 tubos de ensayo de 16 x 150 mm 1 embudo Büchner con empaque 1 matraz kitasato de 250 mL con manguera

1 matraz Erlenmeyer de 125 mL 1 agitador de vidrio 1 pipeta graduada de 10 mL 1 espátula 1 parrilla de calentamiento 2 pinzas de tres dedos Rotavapor 7.5 g de cáscaras de cacahuate 5 g de cloruro de sodio 2 g de carbonato de sodio 10 mL de ácido sulfúrico 45 mL de acetato de etilo 1 g sulfato de sodio 2 mL de reactivo de Tollens


12

ES NECESARIO QUE VEAS EL VIDEO DE MANEJO DEL ROTAVAPOR EN EL

SITIO WEB DEL GRUPO ANTES DE INICIAR ESTA PRÁCTICA.

Método En un matraz de bola coloca 7.5 g de cáscaras de cacahuate divididas en pedazos pequeños y 40 mL de ácido sulfúrico al 10 % en volumen. Adapta el refrigerante en posición de destilación y calienta la mezcla para mantener una destilación lenta. Colecta 25 mL de destilado, neutralízalo con carbonato de sodio, satúralo con cloruro de sodio y extráelo con acetato de etilo (3 x 15 mL). Colecta los extractos y sécalos con sulfato de sodio anhidro. Decanta el residuo sólido y remueve con el rotavapor el disolvente a sequedad. Somete entonces al residuo a una prueba con el reactivo de Tollens para caracterizarlo. Una prueba positiva (formación del espejo de plata) es indicativa de que se obtuvo el producto. Prueba de Tollens para identificación de aldehídos. Reacción positiva para aldehídos y negativa para cetonas.

AgNO3 + NaOH AgOH + NaNO3

2 AgOH + 5 NH4OH 2 Ag(NH3)2OH + H2O

R H

O

+ 2 Ag(NH3)2OHR OH

O

+ Ag + H2O + 2 NH3

Formación del espejo de plata

PREPARACIÓN DEL REACTIVO. En un tubo de ensayo limpio coloca 2 mL de la solución de nitrato de plata, de una a dos gotas de sosa al 10% y, gota a gota y con agitación, una solución de NH4OH justo hasta el punto en el que se disuelva el óxido de plata que precipitó, evitando cualquier exceso. Este reactivo debe usarse recién preparado.

LOS PENTOSANOS SE HALLAN PRESENTES EN LA

CASCARILLA DE TRIGO, O SALVADO. LA PALABRA

FURFURAL PROVIENE DEL LATÍN FURFUR, QUE

QUIERE DECIR JUSTAMENTE “SALVADO”.


13

REACCIÓN DE IDENTIFICACIÓN DE ALDEHIDOS. Adiciona 1 mL del reactivo recién preparado al problema, agita y calienta en baño sobre la flama de un mechero muy cuidadosamente Y SIN QUE HAYA DISOLVENTES EXPUESTOS. La aparición de un espejo de plata indica prueba positiva (Figura 1). Una vez terminada la prueba, el tubo de ensayo se deberá limpiar con ácido nítrico.

Figura 1. Espejo de plata obtenido en la prueba de Tollens..

Complejo catiónico monovalente diaminplata(I), agente oxidante activo del reactivo de Tollens

o ¿Cuál es la definición de artefacto en química? o ¿Cuál es el papel del ácido sulfúrico al 10%? o ¿Por qué no se emplea ácido sulfúrico concentrado? o ¿Cuál es el papel del acetato de etilo? o ¿Cuál es el papel del sulfato de sodio anhidro? o ¿¿Por qué es necesario secar la fase del acetato de etilo del extracto antes

de evaporarlo en el rotavapor? o ¿En qué consiste la prueba de Tollens?

Furfural


14


Practica No. 3 SÍNTESIS DE PAAL-KNORR.

OBTENCIÓN DE 1-FENIL-2,5-DIMETILPIRROL.


Objetivo Sintetizar un compuesto precursor de sustancias con propiedades antiulcerosas empleando una de las síntesis clásicas de compuestos orgánicos heteocíclicos.

Reacción

O O

NH2

EtOH

HN

1-fenil-2,5-dimetilpirrol

Material y reactivos 1 matraz bola de 50 mL 1 refrigerante 1 matraz Erlenmeyer de 125 mL 1 parrilla de calentamiento 1 espátula 1 vaso de precipitados de 500 mL 1 barra de agitación magnética 1 varilla de vidrio 1 pipeta graduada de 10 mL

1 probeta de 25 mL 1 embudo Büchner con empaque 1 matraz Kitasato con manguera. 1.6 mL de anilina 2 mL de acetonilacetona 3.6 mL de ácido clorhídrico 15 mL de etanol


15

Método En un matraz bola de 50 mL coloca 1.6 mL (1.586 g) de anilina, 2 mL (1.946 g) de acetonilacetona, dos go-tas de ácido clorhídrico con-centrado, 15 mL de etanol y un agitador magnético. Ca-lienta a reflujo durante 1 ho-ra y, a continuación, vierte la mezcla de reacción ca-liente en un matraz que contenga 50 mL de agua y 3 mL de ácido clorhídrico concentrado. Aísla el pro-ducto por filtración y lava con agua (aproximada-mente 50 mL). Purifica el producto mediante recrista-lización por par de disuel-ventes (etanol-agua), séca-lo al vacío, determina punto de fusión (descrito = 50 °C) y rendimiento.

Guía de estudio

o ¿Cuál es el papel de la anilina? o ¿Cuál es el papel de la acetonilacetona? o ¿Cuál es el papel de las gotas de ácido clorhídrico que se agregan a la

reacción? o ¿Qué función tiene la mezcla de 50 mL de agua y 3 mL de ácido clorhídrico

sobre la que se vierte la mezcla de reacción? o Describe las etapas que debes llevar a cabo para realizar una

recristalización por par de disolventes.

EN EL VOLUMEN DE 1884 DE LA PRESTIGIOSA REVISTA BERICHTE DER

DEUTSCHEN CHEMISCHEN GESELLSCHAFT CARL PAAL PUBLICÓ SU

TRABAJO ACERCA DE LA SÍNTESIS DE COMPUESTOS HETEROCÍCLICOS DE

CINCO MIEMBROS. SÓLO 107 PÁGINAS DESPUÉS, EN ESE MISMO VOLUMEN, LUDWIG KNORR (EN LA FOTO) HIZO LO PROPIO DE MANERA INDEPENDIENTE. LA HISTORIA TERMINARÍA POR LLAMAR A ESTE MÉTODO COMO “SÍNTESIS DE

PAAL-KNORR”.

Pirrol


16

NH

NH2

O+ EtOH, H+ (cat.)

NH

N

1) ZnCl2, 130-140 °C

2) CH3CO2H

3) H2O

NH

2-fenilindol


Practica No. 4 SÍNTESIS DE FISCHER DE INDOLES


Objetivo Sintetizar mediante un método clásico un compuesto heterocíclico representativo de las sustancias con gran importancia en la fisiología celular.

Reacción

Material y reactivos 1 matraz bola de 50 mL 1 matraz bola de 125 mL 2 pipetas de 5 mL 1 termómetro de – 10 a 400 °C 1 vaso de precipitados de 250 mL 1 vaso de precipitados de 100 mL 1 embudo de vidrio de tallo corto 1 probeta de 25 mL 1 parrilla de calentamiento 1 pinza de tres dedos con nuez 1 recipiente de peltre 1 matraz Kitasato de 250 mL con manguera

1 embudo Büchner con empaque 1 vidrio de reloj 1 agitador de vidrio 1 embudo de separación 4 vasos de precipitado de 100 mL 1 soporte universal 1 espátula 5 g de cloruro de zinc anhidro 50 mL de etanol 16 mL de ácido acético 1.65 mL de fenilhidrazina 1.9 mL de acetofenona


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Método En un matraz Erlenmeyer de 50 mL coloca 1.9 mL (2 g) de acetofenona, 1.65 mL (1.8 g) de fenilhidrazina, 6 mL de etanol y tres gotas de ácido acético. Mezcla homogéneamente y calien-ta las sustancias en baño maría a 60 °C durante 5 minutos. Deja enfriar la mezcla de reacción, filtra el precipitado y lávalo con etanol frío. Este producto es la fenilhidrazona de la acetofenona. Coloca a continuación este interme-diario en un matraz de 50 mL, adiciona 5 g de cloruro de zinc anhidro y calienta la mezcla de reacción con parrilla eléctrica entre 130-140 °C durante 10 minutos (la reacción es exotérmica). Enfríala un poco y adiciona 15 mL de ácido acético glacial. Después calienta nuevamente hasta disolver el producto, deja enfriar un poco y adiciona lentamente 20 mL de agua. Separa el producto por filtración al vacío y lávalo con un poco de agua; recristalízalo por par de disolventes de etanol-agua. Determina punto de fusión del producto (el descrito es 188-189 °C) y el rendimiento.

Guía de estudio

o ¿Cuál es el papel de la acetofenona? o ¿Cuál es el papel de la fenilhidrazina? o ¿Cuál es el papel de las gotas de ácido acético y del etanol en la primera

parte de esta práctica? o ¿Cuál es la estructura del sólido intermediario formado después del

calentamiento que se señala debe tener lugar a 60 °C? o ¿Cuál es el objeto del lavado con etanol de este mismo intermediario? o ¿Cuál es el papel del cloruro de zinc?

EN 1875, A LA EDAD DE 23 AÑOS, HERMANN EMIL FISCHER DESCUBRIÓ LA

FENILHIDRAZINA, SUSTANCIA TÓXICA A PARTIR DE LA CUAL SE PREPARAN

ALGUNOS DERIVADOS IMPORTANTES DE ALDEHIDOS Y CETONAS COMO LAS

FENILHIDRAZONAS Y LAS OSAZONAS. OCHO AÑOS MÁS TARDE, FISCHER

REPORTÓ LA SÍNTESIS DE INDOLES QUE HOY LLEVA SU NOMBRE EMPLEANDO

ESTA MISMA SUSTANCIA. ESTE INCANSABLE INVESTIGADOR FUE ADEMÁS UN

NOTABLE FORMADOR DE RECURSOS HUMANOS DE ÉLITE: BASTE DECIR QUE

UNO DE SUS ESTUDIANTES DE DOCTORADO NADA MENOS QUE LUDWIG KNORR.


18

o ¿Cuál es el objeto de calentar el sólido de la primera parte con cloruro de zinc a 130-140 °C?

o ¿Cuál es el objeto de disolver el producto formado en el calentamiento a muy alta temperatura en ácido acético?

o ¿Para qué se adiciona agua en la última etapa del proceso? o Describe todas las etapas de la recristalización por par de disolventes.

Indol


19


Practica No. 5 SÍNTESIS DE HANTZSCH DE 2,4-

DIHIDROPIRIDINAS. OBTENCIÓN DE 3,5-DICARBETOXI-4-FENIL-2,6-DIMETIL-1,4-

DIHIDROPIRIDINA


Objetivo Sintetizar un compuesto análogo a la nifedipina, bloqueador de canales de calcio usado en medicina para el alivio de la angina de pecho y de la hipertensión arterial.

Reacción

HOO

EtO

O

O

OEt

O

NH3

+ reflujo

NH

OEt

O

EtO

O

3,5-dicarbetoxi-4-fenil-2,6-dimetil-1,4-

dihidropiridina

Material y reactivos 3 pipetas graduadas de 2 mL 1 matraz bola de 250 mL 1 refrigerante con mangueras 1 parrilla de calentamiento con agitación 1 barra de agitación magnética 1 vaso de precipitados de 250 mL

1 embudo Büchner 1 matraz Kitasato con manguera para vacío 1 soporte universal 2 pinzas de tres dedos con nuez 3.2 mL de acetoacetato de etilo


20

1.34 mL de benzaldehído 5 mL de hidróxido de amonio

2 mL de ácido clorhídrico 50 mL de etanol

Método Coloca en un matraz de 50 mL 3.2 mL de acetoacetato de etilo, 1.34 mL de benzal-dehído y 5 mL de hidróxido de amonio concentrado. Calienta la mezcla de reac-ción durante 45 minutos con agitación, dentro de los cua-les debe irse desarrollando una coloración amarilla. Al término de este tiempo permite que el sistema se enfríe, trátalo con 2 mL de ácido clorhídrico concentra-do (precaución: hazlo en la campana porque se desa-rrollará una apreciable can-tidad de humos), adiciona agua hasta la mitad del ma-traz y cuidadosamente de-canta la solución sobrena-dante, la cual debe poseer un pH ácido. El sólido amarillo del producto debe permanecer apelmazado en el fondo del matraz. Allí mismo recristalízalo de etanol/agua.

Guía de estudio

o ¿Cuál es el papel del acetoacetato de etilo? o ¿Cuál es el papel del benzaldehido? o ¿Cuál es el papel del hidróxido de amonio? o ¿Cuál es el papel del ácido clorhídrico? o ¿De qué son los humos que se generan al adicionar ácido clorhídrico al

matraz de reacción?

NH N

S

NH NN

N NH

NH2

ARTHUR RUDOLF HANTZSCH (1857-1935) FUE UNO DE LOS MÁS PROLÍFICOS

QUÍMICOS HETEROCÍCLICOS DE LA HISTORIA: ADEMÁS DE SU CELEBÉRRIMO

MÉTODO PARA OBTENER 1,4-DIHIDROPIRIDINAS (PUBLICADO EN 1882 EN LA

REVISTA ANNALEN), HANTZSCH DESARROLLÓ TAMBIÉN MÉTODOS DE

SÍNTESIS QUE TAMBIÉN LLEVAN SU NOMBRE PARA TIAZOLES (1889), PIRROLES (1890) Y 5-AMINOTETRAZOLES (1901).


21

Nifedipina, ejemplo de una 1,4-dihidropiridina


22


Practica No. 6 AISLAMIENTO DE NICOTINA.


Objetivo Llevar a cabo el aislamiento de un alcaloide haciendo uso de la técnica de extracción selectiva y caracterizarlo por medio de un derivado.

Reacción

NH

N

H CH3

O2CCO2

OH

NaOH

N

N

CH32 ácido pícrico N

H

N

H CH3

O2N

NO2

NO2

O

O2N

NO2

NO2

O

Dipicrato de nicotinio

NaO2CCO2Na

OHMalato de nicotinio

Malato de sodio

Nicotina

Material y reactivos 1 vaso de precipitados de 50 mL 1 vaso de precipitados de 100 mL 1 probeta de 25 mL 1 espátula 1 varilla de vidrio 1 embudo Büchner con empaque de hule 1 matraz Kitasato con manguera para vacío 1 embudo de separación de 50 mL

1 parrilla de calentamiento 15 mL de éter 1.25 g de hidróxido de sodio 2 g de tabaco molido 2 g de cloruro de sodio 0.5 g de ácido pícrico 2 mL de metanol


23

Método En un vaso de precipitados de 50 mL coloca 2 g de tabaco de cigarros y 25 mL de una solución acuosa de hidróxido de sodio al 5% (1.25 g de esta sustancia y agua cbp 25 mL). Agita la mezcla con una varilla de vidrio durante 15 minutos, fíltra-la rápidamente al vacío utilizando papel filtro de poro grande humedecido y lava con 7 mL más de agua. Transfiere el filtrado a un embudo de separación, adiciona cloruro de sodio hasta saturación y extrae la fase acuosa con tres porciones de éter de 5 mL cada una. Desecha la fase acuosa en la tarja y evapora cuidadosamente en la campana el disolvente con la parrilla de calentamiento adicionando una perla de ebullición. Añade al residuo 1 mL de agua y 2 mL de metanol, mezcla homogéneamente y decanta cualquier residuo insoluble. Añade al filtrado una solución saturada de ácido pícrico (1 a 2 mL). Si se extrajo la nicotina, se formará inmediatamente un sólido de color amarillo correspondiente con el dipicrato de nicotinio.

Guía de estudio

o ¿Cuál es el papel del hidróxido de sodio? o ¿Cuál es el papel del cloruro de sodio? o ¿Cuál es el papel del metanol? o ¿Cuál es el papel del ácido pícrico?

LOS ALCALOIDES COMPRENDEN UN NUMEROSO GRUPO DE PRODUCTOS NATURALES

CARACTERIZADOS POR LA PRESENCIA DE UNO O VARIOS ÁTOMOS DE NITRÓGENO EN SUS

MOLÉCULAS, LOS CUALES SON SUSCEPTIBLES DE SER PROTONADOS. UNO DE ELLOS ES LA

NICOTINA, UN POTENTE VENENO USADO EN FUMIGACIÓN DE INVERNADEROS Y UN ESTIMULANTE

EN BAJAS CONCENTRACIONES QUE LA CONVIERTE EN UNO DE LOS PRINCIPALES FACTORES DE

ADICCIÓN AL CIGARRO. ESTE COMPUESTO ABUNDA EN LAS HOJAS DEL TABACO, NICOTIANA

TABACUM, CUYA PRODUCCIÓN MUNDIAL FUE ESTIMADA POR LA FAO PARA 2010 EN 7.1

MILLONES DE TONELADAS.


24

o ¿Es la nicotina un artefacto? Explica. o ¿Por qué la nicotina es considerada un alcaloide?

Nicotina


25


Practica No. 7 Condensación de von Pechmann. Síntesis de

-metilumbeliferona.


Objetivo Que el estudiante obtenga un compuesto derivado de las cumarinas, usadas mucho como anticoagulantes y, por ende, como raticidas.

Reacción

HO OH

O

O OEt+ H

OHO O

-metilumbeliferona

Material y reactivos 2 matraces Erlenmeyer de 50 mL 1 matraz Erlenmeyer de 125 mL 1 vaso de precipitados de 250 mL 1 pipeta graduada de 5 mL 1 matraz Kitasato de 250 mL con manguera para vacío 1 embudo Büchner con empaque de hule 1 probeta de 25 mL 1 termómetro de -10 a 400 °C 1 embudo de vidrio de tallo corto

1 agitador de vidrio 1 vidrio de reloj 1 espátula 1 pinza de tres dedos con nuez 1 recipiente de peltre 8 mL de ácido clorhídrico 3.9 mL de acetoacetaio de etilo 3.3 g de resorcinol 50 mL de etanol


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Método En un matraz Erlenmeyer de 125 mL prepara una solución de 3.3 g de resorcinol en 3.9 mL de acetoacetato de etilo. Estando en agitación el sistema adiciona 8 mL de ácido clorhídrico concentrado y calienta la mezcla de reacción a 30 °C durante 20 minutos. Al término de este tiempo deja caer la mezcla de reacción sobre en chorro fino sobre 100 mL de agua helada agitando constantemente con una varilla de vidrio. Separa el sólido por filtración al vacío y lava con agua (50 mL). Recristaliza el producto crudo de etanol-agua, determina punto de fusión y rendimiento.

Guía de estudio

o ¿Cuál es el papel del resorcinol? o ¿Cuál es el papel del acetoacetato de etilo? o ¿Cuál es el papel del ácido clorhídrico? o ¿Cuál es el papel del ácido acético?

Cumarina


27


Practica No. 8 SÍNTESIS DE PHILLIPS. OBTENCIÓN DE

2-METILBENCIMIDAZOL


Objetivo Obtener un derivado del sistema del bencimidazol, presente en diversos medicamentos

empleados contra las parasitosis.

Reacción

NH2

NH2

CH3

HO

O

+1) HCl

2) NH3 ac.NH

NCH3

Material y reactivos 1 matraz bola de 150 mL 1 refrigerante de agua con mangueras 1 probeta de 25 mL 1 pipeta graduada de 10 mL 1 vaso de precipitados de 100 mL 1 matraz Erlenmeyer de 50 mL 1 espátula 1 agitador de vidrio 1 vidrio de reloj 1 recipiente de peltre

1 matraz Kitasato de 250 mL con manguera para vacío 1 embudo Büchner con empaque 1 embudo de vidrio de tallo corto 1 pinza de tres dedos con nuez 1 parrilla de calentamiento 1.1 g de o-fenilendiamina 2.8 mL de ácido acético 1.7 mL de ácido clorhídrico.

Método En un matraz de 50 mL coloca 1.1 g de o-fenilendiamina, 2.8 mL de ácido acético y una solución preparada previamente de 1.7 mL de ácido clorhídrico y agua c.b.p. 5


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mL. Mezcla homogéneamente, conecta el refrigerante de agua en posición de reflujo y calienta durante 1 hora. Después de enfriar a tempe-ratura ambiente añade dentro de la campana, len-tamente y con agitación, hidró-xido de amonio concentrado hasta que el pro-ducto precipite por completo. Elimina los hu-mos de cloruro de amonio que se forman so-plando a través de una pipeta con la ayuda de una propipeta dentro de la campana. Sepa-ra el sólido por filtración al vacío y lávalo tres veces con agua. El punto de fusión del producto es de 176 °C.

Guía de estudio

o ¿Cuál es el papel de la o-fenilendiamina? o ¿Cuál es el papel del ácido acético? o ¿Cuál es el papel del ácido clorhídrico? o ¿Cuál es el papel del hidróxido de amonio?

EN LA HISTORIA DE LA QUÍMICA LA MUJER HA DESEMPEÑADO UN PAPEL DESTACADO, NO

OBSTANTE DURANTE MUCHO TIEMPO FUE LIMITADO Y POCO RECONOCIDO DEBIDO A VIEJOS

PREJUICIOS. CON TODO, PUEDEN CITARSE MUCHOS NOMBRES DE DESTACADAS MUJERES CUYA

LABOR HA INFLUÍDO PROFUNDA Y DEFINITIVAMENTE DENTRO DEL DESARROLLO DE ESTA CIENCIA. PUEDE MENCIONARSE POR EJEMPLO A ROSALIND ELSIE FRANKLIN, CON UNA LABOR MUY

DESTACADA EN LA COMPRENSIÓN DE LA ESTRUCTURA DEL ADN; MARIA SKLODOWSKA CURIE, CUYA LABOR CIENTÍFICA ES HARTO CONOCIDA; DOROTHY CROWFOOT HODGKIN, CUYOS

ESTÚDIOS CRISTALOGRÁFICOS DE LA ESTRUCTURA DE BIOMOLÉCULAS LE MERECIERON UN

PREMIO NOBEL, ETC. CON RESPECTO A NUESTRO CURSO, LA PRESENTE PRÁCTICA ES UNO DE

ESOS RARÍSIMOS EJEMPLOS (SI NO ES QUE EL ÚNICO) EN DONDE EL NOMBRE QUE LLEVA UNA

REACCIÓN ES EL DE UNA MUJER: LA BRITÂNICA MARGARET PHILLIPS

Bencimidazol


29


Practica No.9 OBTENCIÓN DE 5,5-DIFENILHIDANTOÍNA.


Objetivo Obtener una sustancia usada contra la epilepsia que forma parte del cuadro básico de medicamentos.

Reacción

HO

O

OH

H2N

H2N

OO

O O

NH

HN

O

O

5,5-difenilhidantoina

Material y reactivos 1 matraz bola de 50 mL 1 refrigerante con mangueras 1 probeta de 25 mL 1 pipeta de 10 mL 1 espátula 1 agitador de vidrio 1 pinza de tres dedos con nuez 1 recipiente de peltre 1 matraz Kitasato con manguera para vacío 1 embudo Büchner con empaque para vacío 1 embudo de vidrio de tallo corto

1 matraz Erlenmeyer de 50 mL 1 vaso de precipitados de 100 mL 1 vaso de precipitados de 250 mL 1 vaso de precipitados de 400 mL 1 parrilla de calentamiento con agitación magnética 1 barra magnética de agitación 1 vidrio de reloj 2.2 g de ácido bencílico 1.2 g de urea 50 mL de etanol 2.1 mL de anhídrido acético


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10 mL de ácido clorhídrico 20 mL de una solución de hidróxido de sodio al10 %

Método En un matraz de 50 mL coloca 2.29 g de ácido bencílico, 1.2 g de urea seca y 2.1 mL de anhídrido acético. Adapta un refrigerante de agua en posición de reflujo y calienta durante 90 minutos (si se seca, adiciona un poco de anhídrido acético). A continua-ción, permite que el sistema se enfríe a temperatura ambiente y adiciona entonces una solución de hidróxido de sodio al 10 % hasta disolución del sólido formado; filtra cualquier residuo sólido y trata al filtrado cuidadosamente con ácido clorhídrico concentrado en la campana hasta precipitación completa del producto. Separa el sólido por filtración al vacío y lávalo con tres veces con 10 mL de agua fría cada vez. Recristaliza de etanol y determina el rendimiento.

Guía de estudio

o ¿Cuál es el papel del ácido bencílico? o ¿Cuál es el papel de la urea? o ¿Cuál es el papel del anhídrido acético? o ¿Para qué se adiciona la solución de hidróxido de sodio al 10%? o ¿Para qué se adiciona la solución de ácido clorhídrico?

LA EPILEPSIA ES UNO O VARIOS TRASTORNOS NEUROLÓGICOS QUE DEJAN UNA

PREDISPOSICIÓN EN EL CEREBRO PARA GENERAR CONVULSIONES RECURRENTES. UNA

CONVULSIÓN O CRISIS EPILÉPTICA ES UN EVENTO SÚBITO Y DE CORTA DURACIÓN

CARACTERIZADO POR UNA ANORMAL Y EXCESIVA ACTIVIDAD NEURONAL EN EL CEREBRO. LAS CRISIS EPILÉPTICAS SUELEN SER TRANSITORIAS, CON O SIN DISMINUCIÓN DEL NIVEL

DE CONCIENCIA. SON DIVERSOS LOS COMPUESTOS QUE SE ADMINISTRAN PARA EL BUEN

MANEJO DE ESTE PADECIMIENTO, COMO LAS BENZODIACEPINAS Y LA FENITOINA, A LA QUE

SE LE CONOCE TAMBIÉN COMO 5,5-DIFENILHIDANTOÍNA.


31

5,5-difenilhidantoina


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Practica No.10 SÍNTESIS DE BIGINELLI. OBTENCIÓN DE 5-CARBETOXI-4-FENIL-6-METIL-1,2,3,4-

TETRAHIDROPIRIMIDIN-2-ONA


Objetivo Sintetizar uno de los sistemas más importantes para los seres vivos: el de la pirimidina, presente en moléculas de primera importancia como el ADN y el ARN.

Reacción

NH2

OH2N

OHO

O

EtOH , EtOH

NH

NHEtO

O

O

5-carbetoxi-4-fenil-6-metil-1,2,3,4-tetrahidropirimidin-

2-ona

Material y reactivos 1 matraz Erlenmeyer de 50 mL 1 parrilla de calentamiento con agitación magnética 1 barra de agitación 2 pipetas graduadas de 5 mL 1 pipeta graduada de 2 mL 1 espátula 1 refrigerante con mangueras 1 recipiente de peltre

1 embudo Buchner con empaque de hule 1 matraz Kitasato con manguera 2 pinzas de tres dedos con nuez 1 soporte universal 20 mL de etanol 1.3 mL de benzaldehído 2.42 mL de acetoacetato de etilo


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0.75 g de urea 3 gotas de ácido clorhídrico

Método Adiciona a un matraz de 50 mL con agitación 5 mL de etanol. 1.3 mL benzaldehído, 2.4 mL de acetoacetato de etilo, 0.75 g de urea y 3 gotas de ácido clorhídrico concentrado. Coloca un refrigerante en posición de reflujo y calienta la mezcla de reacción durante 1 hora. Terminado este tiempo enfría en baño de hielo y separa por filtración al vacío los cristales del producto, los que deberán ser lavados con tres porciones de 5 mL de etanol frío. Seca, pesa el producto (p. f. = 200 °C) y calcula el rendimiento.

Guía de estudios

o ¿Cuál es el papel del etanol? o ¿Cuál es el papel del benzaldehido? o ¿Cuál es el papel del acetoacetato de etilo? o ¿Cuál es el papel de la urea? o ¿Cuál es el papel del ácido clorhídrico?

Pirimidina


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Practica No.11 OBTENCIÓN DE BENZOTRIAZOL


Objetivo Preparar uno de los reactivos más versátiles que hay en la química orgánica heterocíclica.

Reacción

NH2

NH2

NaNO2

CH3CO2H/H2ONH

N

N

Benzotriazol

Material y reactivos 1 parrilla de calentamiento con agitación magnética 1 barra de agitación magnética pequeña 1 recipiente de peltre 1 espátula 2 pipetas graduadas de 5 mL 1 embudo Büchner con empaque de hule 1 matraz Kitasato de 250 mL con manguera

1 vaso de precipitados de 50 mL 1 vaso de precipitados de 25 mL 1 varilla de vidrio 1 termómetro de 0 a 100 °C 1.08 g de o-fenilendiamina 1.2 mL de ácido acético 0.75 g de nitrito de sodio 1 g de carbón activado


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Método Disuelve 1.08 g de o-fenilendiamina en una mezcla de 1.2 mL de ácido acético y 3 mL de agua contenidos en un vaso de precipitados de 50 mL. Calienta un poco si es necesario. Enfría la solución a 15 °C y, con agitación, adiciona una solución de 0.75 g de nitrito de sodio en 1.5 mL de agua en una sola porción. La mezcla de reacción comenzará entonces a calentarse hasta alcanzar los 85 °C, pasando de una coloración roja oscura a una café. Agita 15 minutos más a partir del cambio de coloración y, cuando la temperatura haya alcanza-do los 40 °C, enfría exteriormente con un baño de hielo-agua por 30 minutos. Colecta mediante filtración al vacío el sólido café pálido recién formado, lávalo tres veces con 3 mL de agua helada y recristaliza al producto de agua.

INDUDABLEMENTE ALAN R. KATRITZKY (1928-2014) FUE EL QUÍMICO

HETEROCÍCLICO MÁS DISTINGUIDO DEL SIGLO XX Y DEL PRIMER DECENIO DEL

XXI. UNO DE LOS COMPUESTOS A LOS QUE DEDICÓ MUCHO DE SU TIEMPO FUE EL

BENZOTRIAZOL, PARA EL QUE DESARROLLÓ UNA GRAN CANTIDAD DE

APLICACIONES SINTÉTICAS. LAS DISERTACIONES EN LAS QUE COMPARTÍA MUY

ANIMOSAMENTE LAS BONDADES DE ESTA SUSTANCIA LE DABAN PARA ACUÑAR

PARA ELLAS TÍTULOS A VECES DESCONCERTANTES. UN EJEMPLO FUE LA DE

AVENTURAS CON EL BENZOTRIAZOL

Benzotriazol


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Guía de estudios

o ¿Cuál es el papel de la o-fenilendiamina? o ¿Cuál es el papel del ácido acético? o ¿Cuál es el papel del nitrito de sodio?


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Practica No.12 OBTENCIÓN DE 2,3-DIFENILQUINOXALINA


Objetivo Construir el sistema heterocíclico de la quinoxalina, presente en sustancias como la equinomicina, un intercalador de ADN de gran interés debido a sus potentes actvidades antibacteriales, anticancerígenas, and antivirales.

Reacción

NH2

NH2

EtOH

2,3-difenilquinoxalina

O

O N

N+

Material y reactivos 1 vaso de precipitados de 100 mL 1 parrilla de calentamiento con agitación 1 agitador magnético 1 recipiente de peltre 1 espátula 1 pinza de tres dedos con nuez 1 embudo Büchner con empaque de hule

1 matraz Kitasato de 250 mL con manguera 1 pipeta de 5 mL 1.05 g de bencilo 8 mL de etanol 0.55 g de o-fenilendiamina


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Método En un vaso de precipitados de 100 mL se disuelven en caliente 1.05 g de bencilo en 4 mL de etanol. A esta solución caliente se le adiciona otra de 0.55 g de o-fenilendiamina en 4 mL de etanol. Calienta la mezcla de reacción en un baño maría durante 30 minutos, adiciona agua hasta que una pequeña turbidez persista y a continuación permite que la mezcla de reacción se enfríe. Filtra y recristaliza empleando el sistema etanol-agua. El p. f. del producto descrito es de 125 °C.

LA IMPRESIONANTE ESTRUCTURA POLIPEPTÍDICA DE LA EQUINOMICINA SUPONE UN RETO QUE ESCAPA DE LAS POSIBILIDADES

DE LA SÍNTESIS ORGÁNICA, AL MENOS PARA EFECTOS DE SU COMERCIALIZACIÓN. ES EN ESTE PUNTO DONDE INTERVIENE LA

BIOTECNOLOGÍA: ESTE COMPUESTO SE OBTIENE POR BIOSÍNTESIS.

Guía de estudios

o ¿Cuál es el papel de la o-fenilendiamina? o ¿Cuál es el papel del bencilo? o ¿Cuál es el papel del etanol?

Quinoxalina

Manual uvm qo3

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