Qumica General Aplicada

Qumica Orgnica AplicadaLaboratorioPrctica 11

PRCTICA N11

CIDOS CABOXLICOS Y SUS DERIVADOS

1. OBJETIVOS

1.1. Objetivo general

El alumno identificara la reactividad en reacciones de sustitucin sobre el grupo carbonilo presente en diferentes grupos funcionales y realizar la sntesis de un compuesto que presente al grupo carbonilo.

1.2. Objetivos especficos

El alumno identificar qumicamente los cidos carboxlicos y sus derivados. El alumno determinar la relacin estructura-reactividad qumica de los cidos carboxilicos y sus derivados. El alumno realizar la sntesis de acetato de isoamilo por reaccin de esterificacin.

2. INTRODUCCIN

El grupo funcional carboxilo (COOH) es parte fundamental de la estructura molecular de los cidos carboxlicos. En ste se resumen las propiedades fsicas, qumicas y bioqumicas de los grupos funcionales carbonilo e hidroxilo.

En general los cidos carboxlicos y sus derivados se caracterizan por tener dentro de su estructura molecular el grupo carbonilo; presentan propiedades qumicas similares obviamente con particularidades propias derivadas de las diferencias estructurales. Estos compuestos participan principalmente en reacciones de sustitucin nucleoflica y en reacciones cido-base formandose los carboxilatos y los -carbaniones en algunos de los derivados.

Los cidos carboxlicos, steres, amidas y anhdridos de origen natural y sinttico son abundantes y ampliamente utilizados como frmacos, saborizantes, antioxidantes, conservadores de alimentos, etc. Esto justifica la bsqueda constante de nuevas alternativas biosintticas y de sntesis qumica orientada hacia la obtencin de dichos compuestos.

El cido benzoco se presenta de manera natural en la benzona y en varias sustancias balsmicas, de las que se puede obtener por sublimacin en pequeas cantidades, pero se puede sintetizar a partir de una gran variedad de compuestos como el Tolueno, Anhdrido Ftlico Benzaldehdo, etc.

Los procesos de sntesis qumica para el cido benzoico son diversos y de fcil realizacin como se manifiesta en la sntesis de ste cido a partir de una metil-cetona (acetofenona) en presencia de hipoclorito (reaccin del haloformo).

El cido benzoco se usa bsicamente como fungisttico, algunos de sus derivados, como el cido 2,3,6-Tricloro benzoico (2,3,6-TBA) muestran prometedoras propiedades herbicidas en el maz, el cido 3-amino-2,5-dicloro benzoico se emplea como herbicida en maz y soya.

Los steres pueden ser preparados por esterificacin directa de un cido con un alcohol en presencia de catlisis cida (cido sulfrico, cido clorhdrico) y por alcoholisis de cloruros de cidos, anhdridos de cidos y nitrilos. Ocasionalmente se pueden obtener por el calentamiento de sales metlicas de cidos carboxlicos con un halogenuro de alquilo o con otro agente alquilante.

La esterificacin directa es una reaccin de adicin nucleoflica, catalizada por cidos, de un alcohol del grupo carbonilo del cido carboxlico. Debido a que la reaccin es reversible y el equilibrio no procede a favor de la formacin del ster, es necesario desplazar la reaccin hacia la derecha para obtener un buenrendimiento, esto puede lograrse por el uso de exceso de reactivos, eliminacin de uno de los productos o bien con la combinacin de ambas estrategias.

Los cloruros y anhdridos de cidos reaccionan rpidamente con alcoholes primarios y secundarios para dar los steres respectivos. Los anhdridos de cido son menos reactivos que los cloruros de cidos pero reaccionan con la mayora de los alcoholes usando condiciones ms drsticas.

Los steres, compuestos derivados de los cidos carboxlicos se encuentran ampliamente difundidos en la naturaleza. Los hay de bajo y alto peso molecular. Los de bajo peso molecular son lquidos de olor agradable y constituyen la esencia de las flores y frutos, a los que proporcionan olores caractersticos. Los de alto peso molecular forman parte de las grasas vegetales y animales.

Estos compuestos tienen una gran aplicacin en la industria de las esencias, perfumera, en la alimentara, en la de plsticos, en pinturas como disolventes, en la industria jabonera, y en la farmacutica. Por ejemplo, los derivados del cido saliclico se han usado en medicina durante muchos aos; el cido saliclico se encuentra en la naturaleza en forma de ster en una gran variedad de glicsidos y aceites esenciales. El ster metlico de este cido se presenta en el aceite de gaulteria y en muchas otras fragancias de flores, hojas y corteza. El ster fenlico del cido saliclico, conocido como salol, se usa como antisptico intestinal, mientras que el cido acetil saliclico se usa como analgsico.

3. ACTIVIDADES PREVIASComplete las siguientes actividades

a) Explique el por qu de la reactividad principal de los siguientes grupos funcionales:

Cuadro 1. Reactividad del grupo carbonilo

Grupo funcionalReactividad caracterstica (tipo de reaccin)*Causas de la reactividad

Aldehdos

Cetonas

cidos carboxlicos

Derivados de cidos carboxlicos

*Reacciones de adicin, sustitucin simple, doble sustitucin o eliminacin.

b) Investigar un ejemplo de compuestos de origen natural en los que se encuentran presentes los siguientes funcionales

Cuadro 2. Ejemplos de sustancias que presentan el grupo carbonilo en su estructura

Grupo funcionalEjemplo

cido carboxlico

amida

ster

Haluros de cido

anhdridos

c) Explicar por lo menos dos mtodos por los cuales se logra la eliminacin de agua en la esterificacin.

d) Completar el cuadro 3 con la informacin requerida para el acetato de isoamilo.

Cuadro 3. Caractersticas del acetato de isoamilo.

Frmula qumica condensadaFrmula estructuralTemperatura de ebullicinDensidadPropiedades farmacolgicasUsos

e) Investiga y escribe cada una de las reacciones desarrolladas en esta prctica para la sntesis del acetato de isoamilo

Cuadro 4. Reacciones para la sntesis de acetato de isoammilo.

PasoReaccin

1

2

3

4

5

f) Realizar los clculos necesarios para preparar las siguientes soluciones:

1. NaOH 5 N

2. NaOH al 10%

g) Escribe las condiciones de vire para el verde de bromocresol.

h) Complete el siguiente cuadro de las caractersticas de las sustancias a emplear en esta prctica.Cuadro 5. Caractersticas de las sustancias a emplear en la prctica.Nombre de la sustanciaFrmula qumica condensadaClasificacin de la sustancia de acuerdo al cdigo de coloresDensidad (mg/mL)Riesgos a la saludCuidados para su manipulacin

Etanol

cido actico

Cloruro de acetilo

cido saliclico

cido clorhdrico

Hidrxido de sodio

cido benzoico

Anhdrido actico

Anilina

Metanol

Acetato de etilo

cido sulfrico

Verde de bromocresol

i) Realice el diagrama de bloques de la secuencia experimental de la sesin.

MATERIAL Y REACTIVOSMaterialesReactivos

1 Pipeta graduada de 5 mLEtanol

12 tubos de ensayoAnilina

1 Embudo de filtracin Solucin de NaOH al 0.5 N y al 10 %

1 RefrigeranteCloruro de Acetilo

1 Matraz redondo de 100 mLcido Benzoico

Bomba de aguacido clorhdrico

1 Gradillacido sulfrico concentrado

1 Parrilla de calentamientoAcetato de etilo

Tubera de ltexMetanol

Papel filtroSolucin etanlica de Verde de Bromocresol al 0.02%

1 Matraz redondo de 50 mLcido Actico

3 Vasos de precipitados 100 mLAnhdrido Actico

Perlas de ebullicincido saliclico

1 embudo de separacin

1 soporte universal

4. DESARROLLO EXPERIMENTAL Y RESULTADOS

5.1 Reaccin de neutralizacin de los cidos carboxlicos (formacin de una sal)

a) En tres tubos de ensayo previamente etiquetados que contienen 2 mL de agua y dos gotas de verde de bromocresol adicionar:

En el primero dos gotas de agua (Control).En el segundo dos gotas de cido actico.En el tercero un cristal de cido benzoico y solubilizar.

b) A cada uno de los tres tubos anteriores adicionar gota a gota una solucin de NaOH 0.5M hasta el vire del indicador bromocresol. c) Anotar las observaciones en el cuadro 6.Cuadro 6. Observaciones de la reaccin de neutralizacin.

TuboCompuestoObservaciones

1Control

2cido actico

3cido benzoico

5.2 Reactividad qumica de los derivados de cidos carboxlicos.Hidrlisis

a) En cuatro tubos de ensayo que contienen 5mL de agua y unas gotas de verde de bromocresol adicionar a cada uno de ellos:

En el primero 4 gotas de agua (Control).En el segundo 4 gotas de anhdrido actico.En el tercero 4 gotas de cloruro de acetilo.En el cuarto 4 gotas de acetato de etilob) Anota tus observaciones en el cuadro 7.

Cuadro 7. Observaciones de la reaccin de hidrolisis.

TuboCompuestoObservaciones

1control

2Anhdrido actico

3Cloruro de acetilo

4Acetato de etilo

5.3 Sntesis de acetato de isoamilo

a) En un matraz Erlenmeyer de 125 mL, colocar 3.0 mL de alcohol isoamlico y 4 mL de cido actico glacial. b) Posteriormente adicionar lentamente y con precaucin 0.7 mL de H2SO4 conc. y agitar, adicionar cuerpos de ebullicin y calentar a reflujo durante una hora.c) Enfriar la mezcla de reaccin y pasarla a un embudo de separacin, adicionar 15 mL de agua fra y mezclar para lavar. Dejar separar las fases (el acetato de isoamilo siempre queda en la parte superior).d) Eliminar la fase acuosa y adicionar lentamente 10 mL de una solucin al 10 % de NaHCO3, agitar el embudo de separacin teniendo cuidado de liberar la presin, dejar separar las fases y eliminar la fase acuosa. e) Finalmente lavar con 15 mL de agua, separar y secar el producto con 0.3 g de sulfato de sodio anhidro. f) Medir el volumen para determinar el rendimiento de la reaccin.g) Anota el volumen obtenido en el especio siguiente y has tus observacionesh) Determine la densidad de la fase orgnica.

Volumen obtenido de la fase orgnica (mL):__________________

Observaciones:

6.ANLISIS DE RESULTADOS

1. Considerando las observaciones realizadas durante la experimentacin, establecer el orden creciente de reactividad de los cidos y sus derivados, en las reacciones de sustitucin nucleofilica.

2. Justificar las diferencias en las velocidades de reaccin de los derivados de los cidos carboxlicos.

3. Escribir todas las ecuaciones qumicas de las reacciones que se realizaron durante la experimentacin.

4. Reportar el rendimiento de la reaccin. Escribir los clculos considerando el balance estequiomtrico.Reactivo limitanteReactivo en excesoProducto

Moles estequiomtricas

Rendimiento terico

Masa empleada

Moles experimentales

Masa del producto

Moles experimentales

Rendimiento experimental

5. Comparar la densidad del producto obtenido con lo reportado en la bibliografa.

6. Justificar los resultados obtenidos.

7.CONCLUSIONES

Concluya en funcin de los objetivos de la prctica y los resultados obtenidos.

8.BIBLIOGRAFA Mayo, D.W., Ke, P. and R.M., Microscale Organic Laboratory. John Wiley and Sons. 1977. Wilcox C.F. Jr., Experimental Organic Chemistry, a small scale approach. Ed. Mc. Millan. 1978. Pavia, D.L. Lampan, G.M., Kriz, S.G., Introduction to Organics Laboratory Technique. W.B. Saunders Company. London. 1976. Vogel, A.I., a Textbook of PRCTICAl Organic Chemistry. rd Ed. Longmans. London. 1982. Pasto D.J. Johnson C.R., Determinacin de Estructuras Orgnicas. Ed. Reverte S.A. Mxico. 1974. Brewster, R.Q. Vander Werf, G.A. Mc Ewen, W.E., Curso de Qumica Orgnica Experimental. Ed. Alhambra Espaa 1977. Jacobs Thomas L., Truce William E. Robertson G. Ross, Laboratory Practice of Organic Chemistry. Mc Millan New York 1974. Muoz Mena E., La Experimentacin en Qumica Orgnica. Publicacin Cultural S.A. Mxico 1973.

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