Prácticas de Química Orgánica II -...

Prácticas de Química Orgánica II

Departamento de Química Orgánica

Facultad de Química

Universidad de Sevilla

Prácticas de Química Orgánica II 1

ÍNDICE

Página

1. Seguridad en el laboratorio químico 3

A) Prevención del riesgo en el laboratorio. Operaciones básicas 4

B) Normas generales de trabajo en el laboratorio 4

1. Organización 4

2. Normas generales de conducta 4

3. Utilización de productos y materiales 4

C) Peligrosidad de los productos químicos. Clasificación de

Peligrosidad 5

1. Peligrosidad de los productos químicos. Categorías de peligro 5

2. Etiqueta 9

2. Técnicas generales de Laboratorio 10

2.1. Calentamiento a reflujo 11

2.2. Destilación y rotavapor 12

2.3. Cristalización 17

2.4. Extracción 21

2.5. Determinación del punto de fusión 23

2.6. Cromatografía 24

3. Experimentos de Síntesis Orgánica 29

BLOQUE 1 30

Práctica 1. Bromuro de butilo 31

Práctica 2. Cloruro de t-butilo 32

Práctica 3. Acetanilida 33

Práctica 4. p-Nitroanilina 34

Práctica 5. Difenilmetanol 35

BLOQUE 2 36

Práctica 6. Ácido cinámico 37

Práctica 7. Dibenzalacetona 38

Práctica 8. Reacción de Diels-Alder (Anhídrido 9,10-dihidroantraceno-9,10-

succínico) 39

Práctica 9. -Nitroestireno 40


4. Presentación de resultados 41

4.1. Cuaderno de laboratorio 42

Normas para la elaboración del cuaderno de laboratorio 42

Modelo de cuaderno 43

4.2. Informe 46

Normas para la elaboración del informe 46

Modelo de informe 47

5. Criterios de evaluación 49

6. ANEXO: Espectros de 1H-RMN, 13C-RMN, IR y EM

Incluidos en documento adjunto.

7. ANEXO: Nuevo etiquetado de sustancias químicas


1. Seguridad en el laboratorio químico


1. Seguridad en el laboratorio químico

A) Prevención del riesgo en el laboratorio. Operaciones básicas Cualquier operación del laboratorio en la que se manipulen productos químicos presenta siempre unos riesgos. Para eliminarlos o reducirlos de manera importante es conveniente, antes de efectuar cualquier operación:

- hacer una lectura crítica del procedimiento a seguir - asegurarse de disponer del material adecuado - manipular siempre la cantidad mínima de producto químico - llevar las prendas y accesorios de protección adecuados - tener previsto un plan de actuación en caso de incidente o accidente

B) Normas generales de trabajo en el laboratorio Dado que el laboratorio es un lugar donde se manipulan gran cantidad y variedad de productos peligrosos, con el fin de evitar su contacto, inhalación o ingestión, fuente de intoxicaciones o accidentes, se pueden establecer una serie de normas de tipo general sobre diferentes aspectos aplicables a la mayoría de los laboratorios.

1. Organización El laboratorio debe disponer de los equipos de protección individual (EPIs) y de las instalaciones de

emergencia o elementos de actuación (duchas, lavaojos, mantas ignífugas, extintores, etc.) adecuados a los riesgos existentes.

El laboratorio debe mantenerse ordenado y en elevado estado de limpieza. Se debe recoger inmediatamente todos los vertidos que ocurran, por pequeños que sean.

No deben realizarse experiencias nuevas sin autorización expresa del responsable del laboratorio ni poner en marcha nuevos aparatos e instalaciones sin conocer previamente su funcionamiento, características y requerimientos, tanto generales como de seguridad.

2. Normas generales de conducta

Como norma higiénica básica, el personal debe lavarse las manos al entrar y al salir del laboratorio y siempre que haya habido contacto con algún producto químico.

Debe llevar en todo momento la bata y ropa de trabajo abrochadas y los cabellos recogidos, evitando colgantes o mangas anchas que pudieran engancharse en los montajes y material del laboratorio. No se debe trabajar separado de la mesa o la poyata, en la que nunca han de depositarse objetos personales.

Está prohibido fumar e ingerir alimentos en el laboratorio. Para beber es preferible la utilización de fuentes de agua a emplear vasos y botellas. Caso de que aquellas no estén disponibles, nunca se emplearán recipientes de laboratorio para contener bebidas o alimentos ni se colocarán productos químicos en recipientes de productos alimenticios.

Se debe evitar llevar lentes de contacto, sobretodo si no se emplearan gafas de seguridad de manera obligatoria. Es preferible el uso de gafas de seguridad graduadas o que permitan llevar las gafas graduadas debajo de ellas.

En las mesas de laboratorio o en el suelo, no pueden depositarse prendas de vestir, apuntes, etc., que pueden entorpecer el trabajo.

3. Utilización de productos y materiales

Antes de proceder a su utilización deben comprobarse siempre los productos y materiales, empleando solamente los que presenten garantías de hallarse en buen estado.

Debe comprobarse el correcto etiquetado de los productos químicos que se reciben en el laboratorio, etiquetar adecuadamente las soluciones preparadas y no reutilizar los envases para otros productos sin retirar la etiqueta original.


Antes de comenzar la manipulación del producto químico es necesario leer detenidamente la etiqueta donde se informa sobre su toxicidad y posibles riesgos.

Los productos químicos deben manipularse cuidadosamente, no llevándolos en los bolsillos, ni tocándolos o probándolos y no pipeteando con la boca, guardando en el laboratorio la mínima cantidad imprescindible para el trabajo diario.

No introducir en los botes de reactivos pipetas o espátulas que no estén completamente limpias y secas.

Los ácidos requieren un cuidado especial. Cuando queramos diluirlos, nunca echaremos agua sobre ellos; siempre al contrario, es decir, ácido sobre el agua.

Los productos inflamables no deben estar cerca de fuentes de calor, como estufas, hornillos, radiadores, etc.

Cuando se vierta cualquier producto químico se debe actuar con rapidez, pero sin precipitación. En caso de proyección o accidente, avisar inmediatamente al profesor. Los tubos de ensayo no deben llenarse más de 2 ó 3 cm, han de tomarse con los dedos, nunca con

la mano, siempre deben calentarse de lado utilizando pinzas y orientado de forma que no apunte directamente a otra persona, no deben llevarse en los bolsillos y deben emplearse gradillas para guardarlos.

Reducir al máximo la utilización de llamas vivas en el laboratorio. Para el encendido de los mecheros Bünsen emplear preferentemente encendedores piezoeléctricos

Al preparar cualquier disolución, se colocará en un frasco limpio y rotulado convenientemente. Al finalizar la tarea o una operación recoger los materiales, reactivos, etc. para evitar su

acumulación fuera de los lugares específicos para guardarlos y asegurarse de la desconexión de los aparatos, agua corriente, gases, etc.

Los productos químicos de desecho se verterán sobre los recipientes dispuestos en el laboratorio para recogida de residuos (ácidos, bases, disolventes clorados, disolventes no clorados, acetona de lavar).

C) Peligrosidad de los productos químicos. Clasificación de peligrosidad Los productos químicos, tanto las sustancias químicas como los preparados, se considerarán peligrosos debido a sus propiedades fisicoquímicas y toxicológicas y también a sus efectos específicos, tanto sobre la salud humana como sobre el medio ambiente.


1. Peligrosidad de los productos químicos. Categorías de peligro El etiquetado de un producto implica la asignación de unas categorías de peligro definidas y preestablecidas, identificadas mediante los pictogramas y/o las frases de riesgo (frases R). Las definiciones y las distintas categorías, su descripción y su identificación se recogen en lo cuadros 1, 2, 3, y 4.

Cuadro 1: Propiedades fisicoquímicas

DEFINICIONES IDENTIFICACIÓN

Explosivos Las sustancias y preparados sólidos, líquidos, pastosos o gelatinosos que, incluso en ausencia de oxígeno del aire, puedan reaccionar de forma exotérmica con rápida formación de gases y que, en determinadas condiciones de ensayo, detonan, deflagran rápidamente o, bajo el efecto del calor, en caso de confinamiento parcial, explotan

E

Explosivo

Comburentes Las sustancias y preparados que, en contacto con otras sustancias, en especial con sustancias inflamables, produzcan una reacción fuertemente exotérmica

O

Comburente

Extremadamente inflamables Las sustancias y preparados líquidos que tengan un punto de ignición extremadamente bajo y un punto de ebullición bajo, y las sustancias y preparados gaseosos que, a temperatura y presión normales, sean inflamables con el aire

F+

Extremadamente

inflamable

Fácilmente inflamable Las sustancias y preparados:

Que puedan calentarse e inflamarse en el aire a temperatura ambiente sin aporte de energía, o

Los sólidos que puedan inflamarse fácilmente tras un breve contacto con una fuente de inflamación y que sigan quemándose o consumiéndose una vez retirada dicha fuente, o

Los líquidos cuyo punto de ignición sea muy bajo, o

Que, en contacto con agua o con aire húmedo, desprendan gases extremadamente inflamables en cantidades peligrosas

F

Fácilmente inflamable

Inflamables Las sustancias y preparados líquidos cuyo punto de ignición sea bajo

R10

Cuadro 2. Propiedades toxicológicas



Muy tóxicos Las sustancias y preparados que, por inhalación, ingestión o penetración cutánea en muy pequeña cantidad puedan provocar efectos agudos o crónicos e incluso la muerte

T+

Muy tóxico

Tóxicos Las sustancias y preparados que, por inhalación; ingestión o penetración cutánea en pequeñas cantidades puedan provocar efectos agudos o crónicos e incluso la muerte

T

Tóxico

Nocivos Las sustancias y preparados que, por inhalación, ingestión o penetración cutánea puedan provocar efectos agudos o crónicos e incluso la muerte

Xn

Nocivo

Corrosivos Las sustancias y preparados que, en contacto con tejidos vivos puedan ejercer una acción destructiva de los mismos

C

Corrosivo

Irritantes Las sustancias y preparados no corrosivos que, en contacto breve, prolongado o repetido con la piel o las mucosas puedan provocar una reacción inflamatoria

Xi

Irritante

Sensibilizantes Las sustancias y preparados que, por inhalación o penetración cutánea, puedan ocasionar una reacción de hipersensibilidad, de forma que una exposición posterior a esa sustancia o preparado dé lugar a efectos negativos característicos

por

inhalación R42

Xn

Nocivo

por contacto

cutáneo R43

Xi

Irritante

Cuadro 3: Efectos específicos sobre la salud



Carcinogénicos Las sustancias y preparados que, por inhalación, ingestión o penetración cutánea, puedan producir cáncer o aumentar su frecuencia

Categorías 1 y 2 R45

T

Tóxico

Categoría 3 R40*

Xn

Nocivo

Mutagénicos Las sustancias y preparados que, por inhalación, ingestión o penetración cutánea, puedan producir alteraciones genéticas hereditarias o aumentar su frecuencia


T

Tóxico

Categoría 3 R40*

Xn

Nocivo

Tóxicos para la reproducción Las sustancias y preparados que, por inhalación, ingestión o penetración cutánea, puedan producir efectos negativos no hereditarios en la descendencia, o aumentar la frecuencia de éstos, o afectar de forma negativa a la función o a la capacidad reproductora


R61

T

Tóxico

Categoría 3 R62

R63

Xn

Nocivo


Cuadro 4: Efectos sobre el medio ambiente


Peligrosos para el medio ambiente Las sustancias o preparados que presenten o puedan presentar un peligro inmediato o futuro para uno o más componentes del medio ambiente

N

Peligroso para el medio ambiente *

R52 y R52/53 Organismos acuáticos

R59 Capa de Ozono

*

Cuando el efecto sobre el medio ambiente sea sólo nocivo para los organismos acuáticos o sólo para la capa

de ozono no es necesario el símbolo

2. Etiqueta La etiqueta es, en general, la primera información que recibe el usuario y es la que permite identificar el producto en el momento de su utilización. Todo recipiente que contenga un producto químico peligroso debe llevar, obligatoriamente, una etiqueta bien visible en su envase (Figura 1) que, redactada en el idioma oficial del Estado, contenga:

Figura 1. Etiqueta de un producto químico

Nombre de la sustancia o del preparado. Incluido, en el caso de los preparados y en función de la peligrosidad y de la concentración de los distintos componentes, el nombre de alguno(s) de ellos.

Nombre, dirección y teléfono del fabricante o importador. Es decir del responsable de su comercialización en la Unión Europea (UE).

Símbolos e indicaciones de peligro para destacar los riesgos principales. Frases R (identifican el riesgo) y frases S (proporcionan la medida preventiva). NOTA: Se puede ampliar la información en el espacio virtual de la asignatura (plataforma

webCT).


2. Técnicas generales de laboratorio


2. Técnicas generales de laboratorio

Existen operaciones que son comunes a todos los procedimientos experimentales y en la

obtención de diferentes compuestos orgánicos se repiten determinados procesos, como pueden

ser: la destilación, la cristalización, la extracción, la recristalización, reacción a reflujo, etc.

2.1. Calentamiento a reflujo

Permite mantener la reacción a temperatura constante, por ejemplo en el punto de ebullición del disolvente, el tiempo que sea necesario y sin que se produzca una pérdida de disolvente. Éste se evapora y condensa en el refrigerante de reflujo, volviendo de nuevo al matraz. Al igual que en las destilaciones, se añade plato poroso o bien agitación magnética. Montaje

Básicamente consta de un matraz de fondo redondo donde se coloca la disolución (mezcla de reacción), y de un refrigerante (de bolas o serpentín, Figura 2), acoplado en vertical, al que según la finalidad del experimento se acoplan otros elementos en función de que sea necesario llevar a cabo adiciones, mediciones de temperatura interna, etc. Algunas reacciones requieren una atmósfera seca, en esos casos, se suele acoplar a la boca superior del refrigerante un tubo acodado con cloruro cálcico (su carácter higroscópico evita la entrada del agua presente en la atmósfera al matraz). En estos casos, hay que asegurar que el tubo permita el paso del aire, para evitar posibles sobrepresiones.

Refrigerante de Bolas

Refrigerante de Serpentín

Figura 2

El refrigerante se conecta mediante tubos de goma al grifo de agua por su parte inferior y al desagüe por la parte superior (en contracorriente). Todo el montaje en posición vertical debe ser adecuadamente asegurado mediante un pie, pinzas y grapas. Antes de iniciar el calentamiento se añade un trozo pequeño de plato poroso o de piedra pómez, que al calentar libera el aire ocluido, lo que origina un movimiento de todo el líquido. Los poros funcionan como cámaras productoras de burbujas debido al vapor que se genera en su interior. El movimiento del líquido evita el calentamiento excesivo del líquido más próximo a la pared del matraz, lo que podría producir ebullición tumultuosa con peligro de proyecciones. Si el líquido se enfría y se quiere calentar de nuevo, habrá que añadir nuevamente plato poroso ya que los poros se inundan de líquido al enfriarse. Nunca deberá agregarse plato poroso a un líquido caliente porque puede empezar a hervir violentamente. La fuente de calor dependerá de la temperatura requerida. Para líquidos que hierven por debajo de 90°C, se usará baño de agua (baño-maría). Cuando la temperatura de ebullición sea superior, se utilizará manta calefactora, placa calefactora o baño de glicerina.


Cuestionario Pre-Laboratorio

1. ¿Cuál es la temperatura de reflujo de una mezcla? 2. Explique la importancia de abrir el grifo de agua al que está conectado el refrigerante durante el proceso. 3. Si se ha olvidado añadir el plato poroso, ¿qué se debe hacer? Aplicación

Un montaje para reflujo permite realizar procesos a temperaturas superiores a la ambiente (reacciones, recristalizaciones, etc), evitando la pérdida de disolvente y que éste salga a la atmósfera.

Cuestiones

1. ¿Qué ocurriría si llevamos a cabo una reacción a 50 ºC y el punto de ebullición del disolvente es de 45 ºC? 2. ¿Se podría utilizar un refrigerante Liebig en un calentamiento a reflujo? Explíquelo. 3. Enumere las diferentes fuentes de calor que se pueden utilizar en el proceso de calentamiento a reflujo. Bibliografía

María Ángeles Martínez Grau y Aurelio G. Csákÿ, Técnicas experimentales en síntesis orgánica, Ed. Síntesis, 1998.

2.2. Destilación y rotavapor

DESTILACIÓN La destilación es una técnica de purificación de líquidos muy utilizada en Química Orgánica;

se trata de un procedimiento mediante el cual el líquido es calentado hasta hacerlo pasar al estado gaseoso, y posteriormente, en un punto diferente del equipo, los vapores son condensados de nuevo hasta el estado líquido.

Definiciones útiles

Presión de vapor y punto de ebullición. Cualquier líquido a una determinada temperatura está en equilibrio con su vapor, ya que las moléculas de la superficie, sometidas a un menor número de interacciones intermoleculares, pueden vencer las atracciones ejercidas por el resto de moléculas y pasar a la fase gaseosa; este proceso se denomina evaporación, y su velocidad depende de la sustancia en cuestión y de la temperatura. La presión que ejercería ese vapor en un recipiente cerrado en una situación de equilibrio termodinámico se denomina presión de vapor, y para cada líquido es una función de la temperatura.

Temperatura o punto de ebullición. Se define como la temperatura a la cual la presión de vapor de un líquido se iguala a la presión de trabajo. Si se trabaja a presión atmosférica (P = 1 at. ó 760 mmHg), el punto de ebullición se denomina punto de ebullición normal.

Ley de Dalton de las presiones parciales: establece que en fase gaseosa, la presión total del sistema es la suma de las presiones parciales de cada uno de los componentes del mismo. Por ejemplo, la presión total ejercida en la fase vapor por dos líquidos A y B viene dada por la expresión:

Ley de Raoult: sólo es válida para líquidos miscibles. Establece que la presión parcial de

vapor de un componente es igual a la presión de vapor de dicho componente puro (PAo)

BAT P P P


multiplicado por la fracción molar en la mezcla (xA):

Diagramas de fase. Se trata de representaciones que muestran el equilibrio de una o más sustancias entre distintas fases. En el contexto de la destilación se utilizan diagramas de temperatura-composición, que muestran cómo varía la composición de las fases líquida y gaseosa con la temperatura.

Azeótropos. Son mezclas de líquidos donde la existencia de fuertes interacciones intermoleculares provoca que la disolución sea no ideal, es decir, no se cumple la ley de Raoult. Se caracterizan porque el punto de ebullición y la composición del destilado se mantienen constantes durante todo el proceso de destilación, es decir, se comportan de forma análoga a un líquido puro.

Nomógrafo. Gráfica que permite correlacionar la presión de trabajo con el punto de ebullición esperado para un líquido. Resulta útil cuando se lleva a cabo una destilación a vacío, a una presión inferior a la atmosférica.

Tipos de destilaciones

Destilación simple Se emplea fundamentalmente en dos casos:

- Cuando se desea separar un líquido y un sólido. - Cuando se desea separar dos líquidos cuyos puntos de ebullición difieren en, al menos,

70 ºC. Los vapores generados se encuentran enriquecidos en el componente más volátil, por lo que, si la diferencia entre los puntos de ebullición de ambas sustancias es muy elevado, la cantidad del componente menos volátil en el vapor será muy pequeña, y ambas sustancias podrán separarse.

El dispositivo experimental utilizado en la destilación simple es el mostrado a continuación; el refrigerante empleado en este caso es de tipo Liebig, la entrada de agua debe llevarse a cabo por la parte inferior, y la salida, por la parte superior.

Destilación fraccionada Se emplea cuando la diferencia entre los puntos de ebullición de los líquidos a separar es inferior a 70 ºC. Experimentalmente se distingue de la destilación simple por el empleo de una columna de fraccionamiento, normalmente una columna Vigreaux para llevar a cabo numerosos ciclos de

A

o

AA X x P P


condensación-evaporación, que enriquecen el vapor en el componente más volátil. El dispositivo experimental es el mostrado a continuación:

Destilación a vacío

Se emplea cuando el punto de ebullición de la mezcla a destilar es excesivo (superior a 150-200 ºC), bien por limitaciones experimentales, o bien porque alguno de los compuestos experimenten descomposición u oxidación con el oxígeno atmosférico a esas altas temperaturas. Al aplicar vacío (presión de trabajo inferior a la atmosférica) se consigue disminuir el punto de ebullición del líquido y evitar estas limitaciones. El montaje puede ser análogo al de una destilación simple o fraccionada, acoplando una bomba de vacío a la cola de destilación.

Las uniones esmeriladas deben estar engrasadas con grasa especial para vacío con el objeto de evitar la entrada de aire, y se debe utilizar agitación magnética.

Destilación por arrastre de vapor Es una técnica que se utiliza menos a escala de laboratorio que las destilaciones previamente

mencionadas (simple, fraccionada, a vacío), aunque a escala industrial es importante para la extracción de productos naturales, por ejemplo, los terpenos, usados en la industria de perfumes.

Se utiliza cuando se tiene una mezcla de dos líquidos inmiscibles, de los que uno de ellos es agua, que se añade a la mezcla destilable. En este caso se cumple la Ley de Dalton de las presiones parciales, pero no la Ley de Raoult, y el punto de ebullición será inferior al punto de


ebullición de ambos componentes; de esta manera, puede también evitarse la descomposición de algunas sustancias, ya que serán calentadas por debajo de su punto de ebullición normal. Además, como característica importante que la diferencia de otras técnicas, cabe destacar que la composición del vapor será constante durante todo el proceso. De esta manera, el destilado estará compuesto por una mezcla de agua y el disolvente inmiscible, y como tales, se podrán separar posteriormente mediante una extracción líquido-líquido.

Desde un punto de vista experimental, existen dos formas de llevar a cabo este tipo de destilación: con generación externa o interna del vapor de agua. En la generación externa del vapor de agua se tiene un recipiente con agua, que se calienta y el vapor se introduce en la disolución que se desea destilar. Es importante el uso de una varilla de vidrio de gran longitud, introducida en el matraz donde se está generando el vapor de agua, con el objeto de evitar sobrepresiones que pudieran hacer estallar el sistema:

En la generación interna del vapor de agua, se añade directamente agua a la mezcla que se desea destilar y se calienta a ebullición:

Aspectos experimentales comunes a todas las destilaciones

o Como fuente de calentamiento puede emplearse una manta eléctrica o placa calefactora. o El calentamiento directo sobre la fuente de calor sólo debe efectuarse si el contenido no es

inflamable (ej. agua); en caso contrario debe emplearse un baño de agua, de parafina o silicona (calentamiento superior a los 120 ºC).

o El matraz no debe llenarse más de dos tercios de su capacidad.


o Debe existir un movimiento continuo del líquido para evitar una ebullición violenta. A tal efecto pueden emplearse fragmentos de plato poroso o agitación magnética; como ya se indicó previamente, en la destilación a vacío sólo es efectiva una agitación magnética.

o No llevar a cabo una destilación hasta completa sequedad para evitar un sobrecalentamiento del material de vidrio.

o Elegir adecuadamente el tamaño del sistema. Si se escoge un sistema excesivamente grande para la destilación de una pequeña cantidad de líquido, se perderá una parte considerable de este por impregnación del material de vidrio.

o Engrasar la superficie interna de las juntas esmeriladas. o Si se desea que el disolvente esté exento de agua, usar material que haya sido secado en

una estufa. o Usar pinzas metálicas en las posiciones adecuadas para mantener el peso del sistema. o Evitar usar matraces con roturas o estrellas. o Evitar cerrar herméticamente el sistema para evitar sobrepresiones que pudieran provocar

que el equipo estalle.

ROTAVAPOR El rotavapor es un dispositivo muy utilizado en un laboratorio de Química Orgánica; su labor es

la de eliminar el disolvente a temperaturas moderadas (30-40 ºC), y bajo vacío cuando se desee recuperar el soluto tras una reacción, extracción, cromatografía, etc., siempre y cuando el soluto sea muy poco volátil. Permite la eliminación de agua y de disolventes orgánicos de puntos de ebullición moderados (CH2Cl2, MeOH, EtOH, AcOEt, Et2O, etc.). Para disolventes con puntos de ebullición mucho más elevados (DMF, dimetilsulfóxido) es necesario utilizar bombas que generen un vacío mayor. El dispositivo es análogo a una destilación a vacío.

En el rotavapor, el matraz cuyo disolvente se quiere eliminar, se ajusta a un vástago mediante una grapa metálica; dicho vástago se encuentra, a su vez, conectado a un rotor, que permite una rotación continua del matraz, con el objeto de evitar saltos del disolvente (sería el equivalente al plato poroso o al agitador magnético de las destilaciones usuales).

En la parte superior del equipo existe una llave, que permite la apertura o cierre del sistema al exterior, y rodeando al vástago de vidrio, existe un refrigerante por donde recircula agua del grifo. El matraz del líquido que se desea eliminar puede, además, situarse en el interior de un baño de agua, que puede calentarse a la temperatura deseada (no se recomienda una temperatura superior a 40 ºC). Por otro lado, se recomienda rellenar el matraz menos de la mitad de su contenido, y usar siempre un matraz de fondo redondo y exento de roturas y estrellas. Un matraz de fondo plano, al ser sometido al vacío podría lugar a una implosión, es decir, el matraz podría estallar hacia el interior del sistema. Una vez que el matraz se encuentre ajustado, se conecta el rotor, la bomba de vacío y se cierra la llave al exterior; es importante mantener este orden para evitar saltos incontrolados del líquido. Cuando se desconecte, se sigue el orden inverso.


Bibliografía

M. A. Martínez Grau, A. G. Csákÿ, Técnicas Experimentales en Síntesis Orgánica, Síntesis, 1998.

L. M. Harwood, C. J. Moody, J. M. Percy, Experimental Organic Chemistry-Standard and Microscale, 2nd Ed. Blackwell Science, 2000.

K. L. Williamson, Organic Experiments, 9th Ed. Houghton Mifflin Company, 2004.

D. L. Pavia, G. M. Lampman, G. S. Kriz, R. G. Engel, Introduction to Organic Laboratory Techniques-A microscale approach, 3rd Ed. Saunders College Publishing, 1999.

2.3. Cristalización

La cristalización es el método más adecuado para purificar compuestos sólidos, siempre y cuando contengan una cantidad moderada de impurezas. En muchas ocasiones, es el caso de los productos sólidos obtenidos en una reacción química que suelen quedar acompañados de pequeñas impurezas. La técnica se basa, fundamentalmente, en la diferente solubilidad que presenta un sólido orgánico en un determinado disolvente cuando se encuentra a la temperatura de su punto de ebullición con respecto a cuando se encuentra a temperatura ambiente.

La cristalización paso a paso.

A continuación se muestra un esquema que muestra el proceso de cristalización de una manera muy detallada (Figura 3):

Disolución: impurezas solublesSólido impuro

Disolución:Compuesto a cristalizar

+Impurezas solubles


+Impurezas

solublesDisolución:

impurezas solubles+

Sólido aún no cristalizado

Disolución:Impurezas solubles

+Sólido aún no cristalizado

AGUAS MADRES

+

SÓLIDO CRISTALINO

SÓLIDO CRISTALIZADO

Impureza insoluble

Impureza soluble

1) Elección del disolvente

2) Añadir disolvente a temperatura ambiente

3) Calentar a ebullición

4) Filtrar en caliente

5) Enfriar y cristalizar6) Filtrar

7) Lavar y secar los cristales

Disolución: impurezas solublesSólido impuro


+Impurezas solubles


+Impurezas

solublesDisolución:

impurezas solubles+

Sólido aún no cristalizado

Disolución:Impurezas solubles

+Sólido aún no cristalizado

AGUAS MADRES

+

SÓLIDO CRISTALINO

SÓLIDO CRISTALIZADO

Impureza insoluble

Impureza soluble

1) Elección del disolvente

2) Añadir disolvente a temperatura ambiente

3) Calentar a ebullición

4) Filtrar en caliente

5) Enfriar y cristalizar6) Filtrar

7) Lavar y secar los cristales

Figura 3. Esquema general del proceso de cristalización.

En las experiencias propuestas en estas prácticas de laboratorio, se llevarán a cabo diferentes cristalizaciones con objeto de purificar los productos finales.



1. Explica qué diferencia existe entre un sólido cristalino y un sólido amorfo. 2. ¿Qué diferencia hay entre cristalizar y precipitar? 3. Explica todas las técnicas de filtración de un sólido que conozcas.

Procedimiento experimental

Paso 1: la elección del disolvente. El éxito de la cristalización está condicionado a la elección del disolvente apropiado. El disolvente “ideal” para cristalizar es aquel que cumple los siguientes requisitos:

1- Disolver el sólido a purificar en caliente (a la temperatura del punto de ebullición del disolvente) pero no en frío (a temperatura ambiente o a 0 ºC). Éste es el requisito fundamental. Un disolvente que disuelva el sólido en frío o no lo disuelva en caliente, no es válido para cristalizar.

2- Disolver muy mal o muy bien las impurezas, para que puedan eliminarse al filtrar en caliente o quedar disueltas en las aguas madres, respectivamente.

3- No reaccionar con el compuesto a cristalizar.

4- Presentar un punto de ebullición inferior al punto de fusión del sólido.

5- Ser relativamente volátil con el fin de que los cristales obtenidos puedan secarse con facilidad.

6- No ser tóxico ni inflamable.

En realidad, resulta difícil encontrar un disolvente que cumpla todas estas características, pero al menos debería cumplir las cuatro primeras.

Para elegir el disolvente más adecuado se puede seguir el procedimiento que se indica a continuación:

1- Colocar una pequeña cantidad del compuesto a cristalizar en un tubo de ensayo.

2- Añadir un volumen pequeño de disolvente. Si el sólido se disuelve instantáneamente, ese disolvente no es apto para cristalizar.

3- Si el sólido no se disuelve a temperatura ambiente, calentar el tubo de ensayo y observar el comportamiento del sólido para decidir cómo proceder. Si el sólido no se disuelve en caliente, añadir un poco más de disolvente y calentar hasta conseguir disolverlo. Si finalmente no se logra, descartar ese disolvente. Dado que la mayor parte de los disolventes orgánicos son inflamables, la calefacción debe llevarse a cabo utilizando una fuente de calor eléctrica, sin llama, para evitar que los vapores de los disolventes se inflamen.

4- Cuando el sólido se haya disuelto en caliente, dejar enfriar el tubo de ensayo lentamente hasta temperatura ambiente, y enfriar a 0 ºC si no se observa aparición de cristales. Si el sólido no cristaliza, calentar la disolución para eliminar el posible exceso de disolvente. Al enfriar la disolución, en ocasiones se observa la aparición de un aceite en lugar de la formación de un sólido cristalino. En este caso, se recomienda elegir otro disolvente para cristalizar. Para ello se toman pequeñas muestras del producto (2 ó 3 mg) en tubos de ensayo y se tratan por separado con distintos disolventes (3 ó 4 mL). El mejor disolvente será aquel en el que el compuesto sea insoluble a temperatura ambiente y soluble a temperatura de ebullición.

Una condición importante a la hora de elegir un disolvente es que éste se elimine fácilmente. Algunas veces los disolventes no pueden eliminarse de la muestra y constituyen por sí mismo una contaminación del sólido que se quiere cristalizar.

Por último, habrá de tenerse en cuenta la posible reactividad entre el disolvente y la muestra. Un compuesto no se puede cristalizar en un disolvente con el que reacciona. Por ejemplo, un disolvente básico (piridina) no se debe emplear para cristalizar ácidos carboxílicos.

Paso 2: añadir disolvente a temperatura ambiente. El compuesto a cristalizar se situará en un


Erlenmeyer (en determinadas ocasiones se empleará un matraz de fondo redondo, ver paso 3), ya que posee una boca de tamaño pequeño con respecto al resto del recipiente y así evitamos una evaporación excesiva del disolvente a la hora de calentar. Se añade la mínima cantidad de disolvente necesaria para que el compuesto a purificar se disuelva cuando calentemos la mezcla a la temperatura de ebullición del disolvente (ver paso 3). Por ello, simplemente cubriremos por completo el sólido y, antes de comenzar a calentar, añadiremos un trozo de plato poroso.

Paso 3: calentamiento a ebullición de la mezcla. La mezcla se calentará utilizando una fuente de calor eléctrica y se agitará simultáneamente. Cuando el disolvente empleado sea un disolvente orgánico de bajo punto de ebullición, es recomendable situar el producto en un matraz de fondo redondo y realizar el calentamiento “en baño maría” adaptando un refrigerante de reflujo al matraz. En este paso, al calentarse el disolvente aumentará la solubilidad del compuesto de partida en el mismo. El límite de temperatura de calentamiento se encuentra en la temperatura de ebullición del disolvente, si alcanzada la misma el compuesto no se disuelve por completo, deberíamos añadir gradualmente más disolvente y esperar que alcance de nuevo la temperatura de ebullición, así sucesivamente, hasta que se haya disuelto la totalidad del compuesto a cristalizar. Solo de este modo seremos capaces de disolver el producto a cristalizar en la menor cantidad posible de disolvente y podremos decir que tenemos una disolución saturada del compuesto a cristalizar.

No debemos obsesionarnos en disolver, añadiendo cantidades innecesarias de disolvente, hay determinadas impurezas que son insolubles incluso en caliente (ver esquema general del proceso de cristalización, figura 3).

Tratamiento opcional con carbón activo: solo en algunas ocasiones, cuando el producto a cristalizar está acompañado por un gran número de impurezas coloreadas, se puede llevar a cabo en este paso un tratamiento con carbón activo. Las impurezas coloreadas (frecuentemente más polares que la muestra), pueden eliminarse por adsorción sobre carbón activo. Para ello, los mejores disolventes son agua, etanol o metanol. Se disuelve la muestra tal como se ha descrito antes y a la disolución fría se le añade carbón activo (normalmente con la cantidad recogida sobre la punta de una espátula es suficiente) y se vuelve a calentar la mezcla hasta ebullición, manteniendo la ebullición durante 1 minuto. La mezcla se filtra con filtro de pliegues.

(Nota: Para pequeñas cantidades de muestra, puede sustituirse el filtro de pliegues por un trozo pequeño de algodón).

Paso 4: filtrado en caliente. Este paso tiene como objetivo eliminar las impurezas que permanecen insolubles tras haber realizado el paso 3. Si tras el paso 3, no hay impurezas insolubles, no es necesario realizarlo. En este caso, simplemente separaríamos con una espátula el plato poroso y pasaríamos al paso 5.

Figura 4. Filtración en caliente con filtro de pliegues.

En caso de tener que llevar a cabo el filtrado en caliente, éste se realizará por gravedad en un erlenmeyer utilizando un embudo cónico y un filtro de pliegues (Figura 4).

Para pequeñas cantidades de muestra puede sustituirse el filtro de pliegues por un trozo pequeño de algodón.


Figura 5. Preparación de un filtro de pliegues.

Paso 5: enfriamiento y cristalización. La disolución filtrada procedente del paso anterior se deja reposar a temperatura ambiente. De este modo se produce un enfriamiento gradual que conduce a una sobresaturación de la disolución (recordemos que la solubilidad de un producto disminuye con la temperatura). Esta sobresaturación conduce a la formación de cristales del producto en cuestión. Esta cristalización puede completarse enfriando posteriormente en un baño de hielo, pero en cualquier caso el enfriamiento debe ser gradual para obtener cristales muy puros y de un tamaño importante.

Paso 6: filtración en Büchner. El sólido cristalino obtenido en el paso anterior, se puede separar de la disolución que le rodea (aguas madres) mediante una filtración adecuada. El sistema empleado para esta filtración consta de un Büchner acoplado a un kitasato, que a su vez se conecta a una trompa de agua ó bomba de vacío, tal como se muestra en el esquema (Figura 6). Si la cantidad de producto a cristalizar, y por tanto de disolvente empleado en la cristalización, es pequeña se puede emplear un sistema alternativo de filtro de clavo acoplado a un tubo de filtrar. La superficie del Büchner se recubre con un disco de papel de filtro (¡OJO!, no utilizar nunca bolígrafo para dibujar el disco de papel). El disco de papel debe tener un diámetro algo menor que el del embudo de manera que su borde no se levante ni se arrugue, ya que por los pliegues pasaría algo de sólido. Se moja el papel con unas gotas del disolvente y se filtra, así se conseguirá que se adapte perfectamente al embudo.

Figura 6. Filtración en un Büchner.

Es frecuente que en el proceso de cristalización se pierda una pequeña cantidad de compuesto que permanece disuelto en las aguas madres junto con las impurezas solubles. Con objeto de

Kitasato

Büchner

Trompa de agua para

hacer vacio: el efecto

Venturi, provoca la

succión deseada

Papel de filtro

Cono de goma

para un ajuste

perfecto

El empleo del filtro de pliegues en este paso es crítico, ya que se trata de un filtro que tiene una superficie de contacto con el embudo alemán muy pequeña (solo las aristas contactan con el embudo, véase figura 5) y por tanto la disolución al pasar por el mismo se enfría muy poco, impidiéndose de este modo que el producto nos cristalice en el propio filtro por enfriamiento. Esta operación debe hacerse lo más rápido posible (se recomienda tener preparado el filtro, el embudo y el erlenmeyer de antemano), y para una mayor eficacia, es recomendable calentar previamente el conjunto filtro+embudo alemán con ayuda de un secador (chorro de aire caliente) o una placa calefactora.

En las ocasiones en que los productos son muy cristalinos, resulta difícil evitar que parte del producto cristalice en el filtro o en el vástago del embudo, al enfriarse ligeramente. En estos casos se añadirá una pequeña porción de disolvente a ebullición para disolverlo.


recuperar este compuesto, el disolvente se puede evaporar parcialmente en el rotavapor y luego enfriar de nuevo la disolución en el frigorífico, hasta nueva cristalización del producto. Los cristales así obtenidos supondrían la “segunda cosecha”.

Paso 7: lavado y secado de los cristales. Cuando el sólido cristalino aún se encuentra sobre el Büchner, se deben lavar varias veces los cristales con el mismo disolvente en el que se ha llevado a cabo la cristalización (no emplear para ello las aguas madres), utilizando el disolvente en frío para evitar pérdidas de producto por redisolución. Cuando el disolvente empleado no es muy volátil, conviene lavar después con una porción de disolvente (en el que los cristales no sean tampoco solubles) miscible con el anterior pero de menor punto de ebullición.

Finalmente, los cristales se dejan un cierto tiempo sobre el sistema de filtración a vacío, dejando pasar aire a su través y prensando la torta de sólido con la espátula, se pasan a un cristalizador y se guarda en un desecador.

Cuestiones

1. En un proceso de cristalización se realizan dos tipos de filtraciones distintas, ¿en qué se diferencian una de otra? 2. Cuando dejamos enfriar en reposo una disolución saturada con objeto de que cristalice un producto, ¿por qué es importante que el enfriamiento sea lento? 3. Cuando se filtra un sólido en un Büchner con succión, ¿por qué se debe interrumpir siempre la succión antes de cerrar la trompa de agua?

Bibliografía

Aurelio G. Csáky, M. Angeles Martínez Grau, Técnicas experimentales en síntesis orgánica, Ed. Síntesis, 1998.

R. Keese, M. P. Brändle, T. P. Toube, Practical organic synthesis. A student’s guide. Ed. Wiley, 2003.

2.4. Extracción

La extracción es la técnica empleada para separar un producto orgánico de una mezcla de reacción o para aislarlo de sus fuentes naturales. Puede definirse como la separación de una sustancia de una mezcla por medio de un disolvente. Los dos tipos de separaciones por extracción más empleadas son:

- Extracción sólido-líquido: consiste en tratar un sólido que está formado por dos o más sustancias con un disolvente que disuelve preferentemente una de ellas (ejemplo: extracción del té con agua caliente).

- Extracción líquido-líquido: un compuesto orgánico se extrae de una fase acuosa por medio de un disolvente inmiscible con el agua (ya que la mayor parte de los compuestos orgánicos neutros son más solubles en un disolvente orgánico que en agua). Las distintas sustancias presentes se distribuyen entre las fases acuosa y orgánica de acuerdo con sus solubilidades relativas.

Extracción sólido-líquido:

a) Extracción de sólidos en discontinuo.

Se efectúa tratando una mezcla de sólidos con un disolvente a reflujo y filtrando o decantando. La operación se repite tantas veces como se considere necesario.

b) Extracción de sólidos en continuo.

Se realiza habitualmente en un extractor Soxhlet (Fig. 7), de la forma siguiente: El sólido prensado se coloca dentro de un cartucho de celulosa que a su vez se introduce


en el Soxhlet. Los vapores del disolvente, producidos por el calentamiento del matraz se elevan por la tubuladura gruesa lateral y el disolvente condensado gotea sobre el sólido, extrae el material soluble y lo lleva al matraz donde, al ser no volátil, se acumula. De esta manera, aún las sustancias de solubilidad muy pequeña, pueden ser extraídas prolongando la operación durante el tiempo necesario y sin necesidad de utilizar la gran cantidad de disolvente que la extracción discontinua requeriría.

Extracción líquido-líquido: Se lleva a cabo entre dos líquidos inmiscibles utilizando un embudo de decantación (Fig. 8). Aunque cualquier proceso que implique la transferencia de una sustancia de una fase líquida a otra es una extracción, distinguiremos entre los conceptos de extracción y lavado. Ambos procesos definen la misma operación aunque la finalidad es distinta: la extracción se refiere al paso de la sustancia orgánica de interés de una fase acuosa a un disolvente orgánico, mientras que el lavado se realiza con una fase acuosa para eliminar de la fase orgánica un compuesto no deseado.

a) Fundamento teórico. La extracción líquido-líquido se basa en la extracción de una sustancia S en un disolvente D1 con otro disolvente D2, inmiscible con el primero y en el cual el compuesto S es más soluble. Dicho compuesto, al poner en contacto los dos disolventes, se repartirá entre ambos hasta llegar a una situación de equilibrio. La relación de concentraciones del compuesto S en cada disolvente a una temperatura dada es lo que se conoce como coeficiente de reparto K.

b) Procedimiento experimental.

Paso 1: Preparación del material, adición de las fases y agitación de la mezcla. La extracción líquido-líquido se lleva a cabo en un embudo de decantación que debe contar con un tapón y una llave que ajusten perfectamente. El embudo se coloca en posición vertical en un aro metálico unido a un soporte. Cuando se adicionen las dos fases líquidas, considerar que no deben ocupar más de la mitad del embudo. Una vez tapado el embudo, se debe invertir, dirigiendo el vástago hacia arriba (sin dirigirlo a la cara ni a ningún compañero). Sobre una mano se apoya el tapón y con la otra se toma el vástago por la parte de la llave. Se debe comenzar siempre por una ligera sacudida y abrir inmediatamente la llave para permitir la salida de gases producidos por reacción o por calor de mezcla (Fig. ·8).

Paso 2: Separación de las fases. Tras la agitación, debe ponerse el embudo en su posición normal y observar si se formó algo de emulsión, en este caso la agitación debe ser muy suave porque las emulsiones son muy difíciles de eliminar. Terminada la agitación se pone el embudo sobre el soporte, se quita el tapón, se espera que los líquidos decanten y por medio de la llave se separan: la fase inferior se saca por la llave y la superior por la boca para evitar posibles contaminaciones. IMPORTANTE: No desechar ninguna de las fases hasta que no queden dudas sobre la naturaleza, acuosa u orgánica de cada una. Si existieran dudas, el procedimiento más sencillo es agregar un poco de disolvente utilizado a uno de los líquidos separados; si se mezcla con él es porque se trata de la capa del disolvente. Como precaución, conviene conservar y etiquetar

Fig. 7

Fig. 8


todas las fases hasta comprobar que se obtiene el producto final con el rendimiento esperado.

Paso 3: Lavado de la fase orgánica. En ocasiones es necesario lavar la fase orgánica obtenida con agua o una disolución acuosa (ácida, básica o neutra) con el objetivo de eliminar los restos inorgánicos (sales, ácidos o bases) que pudieran estar presentes en la misma. El procedimiento experimental es análogo al comentado para el proceso de extracción. ATENCIÓN: si se quiere comprobar que en la fase orgánica no quedan restos de ácidos o bases, no se puede medir el pH de la disolución orgánica, hay que medir el pH de la fase acuosa que ha estado en contacto con la orgánica.

Paso 4: Secado de la fase orgánica. La fase orgánica obtenida normalmente contiene trazas de agua que hay que eliminar mediante el uso de agentes desecantes (sulfato de magnesio o sodio o CaCl2), los cuales forman hidratos insolubles al reaccionar con el agua presente en la disolución orgánica. La sal hidratada que se forma se separa de la disolución mediante filtración o decantación. La disolución orgánica, una vez seca, debe quedar totalmente transparente.

Paso 5: Filtración y eliminación del disolvente. La disolución orgánica seca se filtra por gravedad para eliminar el agente desecante utilizando un embudo alemán y un poco de algodón o un filtro de pliegues (Fig. 4). El erlenmeyer, el agente desecante y el filtro se lavan con una pequeña cantidad del disolvente orgánico utilizado en la extracción con el fin de evitar pérdidas de producto. Para eliminar el disolvente del filtrado obtenido se utiliza el rotavapor, aislándose de esta forma el compuesto de interés, que posteriormente deberá ser purificado.

Bibliografía

A.G. Csáky, M.A. Martínez Grau, Técnicas experimentales en síntesis orgánica, Ed. Síntesis,

Madrid 1998.

2.5. Determinación del punto de fusión

El punto de fusión de un sólido cristalino es la temperatura a la cual el estado sólido y el estado líquido de una sustancia, coexisten en equilibrio térmico, a una presión de 1 atmósfera.

En las experiencias propuestas en estas prácticas de laboratorio, se llevará a cabo la medida del punto de fusión de los productos cristalinos obtenidos, con objeto de caracterizarlos y de comprobar su pureza.


1. Explica, a nivel molecular, qué ocurre cuando se funde un determinado compuesto. 2. ¿Por qué el punto de fusión es un criterio de pureza? 3. Si un compuesto cristaliza en varias formas cristalinas distintas, ¿debe tener el mismo punto de fusión en cada una de ellas?

Procedimiento experimental Una pequeña cantidad de sustancia (del orden de 3-4 mg), seca y pulverizada, se introduce en un capilar no demasiado fino cerrado por un extremo. Con golpes suaves sobre la mesa por la parte cerrada del capilar (o dejando caer el tubo por el interior de una varilla hueca de unos 60 cm puesta verticalmente), el sólido se desliza y se deposita en el fondo sobre la mesa. Se repite la operación hasta llenar aproximadamente 0,5 mm del tubo capilar. Una mayor cantidad de muestra puede inducir a errores en la determinación del punto de fusión. El capilar se introduce en un aparato de punto de fusión y se observa la temperatura a la que funde.


Figura 9. Introducción de un sólido en un capilar.

Para determinar el punto de fusión de una muestra conocida, la manera de operar es la siguiente: al principio se realiza un calentamiento rápido, hasta llegar a unos 10 ºC por debajo del punto de fusión de la muestra (tabulado en la bibliografía), y después lentamente de forma que la temperatura del baño se eleve a una velocidad no superior a 1-2 ºC por minuto. Se observa y anota el intervalo del punto de fusión, desde el momento en que la muestra reblandece y se separa de las paredes del capilar hasta que se ha transformado en un líquido transparente (este intervalo no debe ser superior a 2-3 ºC). Algunas sustancias descomponen antes de alcanzar su punto de fusión, lo que se pone de manifiesto por un cambio de color. En ese caso también deberá anotarse dicha temperatura de descomposición.

Cuando la muestra es desconocida, es mejor tener preparados dos capilares: se calienta el primero a velocidad algo rápida hasta que funda (obsérvese si colorea o descompone antes) y se anota la temperatura aproximada de fusión. Se repite luego elevando la temperatura lentamente (1 ó 2 °C / minuto) en la zona del punto de fusión, para dar un intervalo mucho más preciso.

Cuestiones

1. Si dos muestras tienen el mismo punto de fusión, ¿quiere decir que corresponden a un mismo compuesto? Razona tu respuesta y diseña un experimento que demuestre si son o no el mismo compuesto. 2. Si un producto conocido contiene un 5% de impurezas y medimos su punto de fusión, ¿qué debemos apreciar en el punto de fusión medido con respecto al punto de fusión del producto puro? 3. ¿Qué ocurre si medimos el punto de fusión de un producto que no se ha secado totalmente?

Bibliografía

1. A. G. Csáky, M. A. Martínez Grau, Técnicas experimentales en síntesis orgánica, Ed. Síntesis, Madrid 1998. 2. R. Keese, M. P. Brändle, T. P. Toube, Practical organic synthesis. A student’s guide. Ed. Wiley,

2003.

2.6. Cromatografía

La cromatografía, del griego chroma (color) y grafein (escribir), es una técnica de separación extraordinariamente versátil que presenta distintas variantes. En toda separación cromatográfica hay dos fases (sólida, líquida o gas), una móvil y otra estacionaria, que se mueven una con respecto de la otra manteniendo un contacto íntimo.

La cromatografía más utilizada en química orgánica es la cromatografía sólido-líquido en sus dos variantes: cromatografía en columna (CC) y cromatografía de capa fina (CCF). Se pueden


distinguir distintos tipos de cromatografía en función del tipo de interacción que se establezca entre los componentes de la mezcla y las fases móvil y estacionaria: cromatografía de adsorción, de partición y de intercambio iónico.

Cromatografía de adsorción. La cromatografía de adsorción sólido-líquido se caracteriza por emplear una fase estacionaria sólida (adsorbente) de carácter polar, y una fase móvil líquida (eluyente). Se utiliza con fines analíticos o preparativos para la separación de mezclas de compuestos con diferentes grupos funcionales y de determinadas mezclas de isómeros.

La fase estacionaria está constituida por un sólido polar poroso finamente granulado, que contiene centros activos polares aptos para la adsorción de las moléculas polares presentes en la fase móvil. El proceso de adsorción es debido a atracciones intermoleculares de tipo dipolo-dipolo o enlaces de hidrógeno entre el soluto y el adsorbente. El adsorbente más utilizado es gel de sílice aunque también se emplea alúmina activada.

En el caso del gel de sílice, las interacciones se establecen entre los grupos Si-OH y Si-O-Si, y los grupos funcionales polares de los compuestos orgánicos. La fase móvil está constituida por un disolvente en el que los componentes de la mezcla deben ser al menos parcialmente solubles. La velocidad de elución de un compuesto se incrementa al aumentar la polaridad de la fase móvil.

La retención se puede explicar en base a la competencia que se establece entre el soluto a separar y las moléculas de la fase móvil por adsorberse a los centros activos polares de la fase estacionaria; así pues, las moléculas de soluto se adsorben a los centros activos de la fase estacionaria y, a medida que se produce la elución, van siendo desplazadas por las moléculas polares presentes en la fase móvil. La retención y la selectividad en la separación dependen de:

1. Polaridad del compuesto, determinada por el número y la naturaleza de los grupos funcionales presentes en la molécula. Los solutos más polares quedarán más retenidos, puesto que se adsorben más firmemente a los centros activos de la fase estacionaria, mientras que los no polares serán eluidos con mayor facilidad.

2. Naturaleza del adsorbente, fase estacionaria. 3. Naturaleza del disolvente, fase móvil.

Cromatografía analítica en capa fina. La técnica de cromatografía en capa fina (CCF) es una de las más comunes empleadas en un laboratorio de Química Orgánica (Fig. 10). Entre otras cosas permite: a) Determinar el grado de pureza de un compuesto; b) Comparar muestras; c) Realizar el seguimiento de una reacción; d) Controlar el contenido de las fracciones obtenidas en cromatografía de columna.

Figura 10

La mezcla a analizar se deposita a una pequeña distancia del borde inferior de la placa y se introduce en una cubeta que contiene la fase móvil (eluyente), la cual asciende a lo largo de la placa por capilaridad, desplazando a los componentes de la mezcla a diferentes velocidades, lo que provoca su separación. Cuando el frente del disolvente se encuentra próximo al extremo superior de la placa, ésta se saca de la cubeta, se deja secar y se procede a la visualización de las manchas.

A) Procedimiento experimental

La cromatografía en capa fina usa como fase estacionaria un sólido como gel de sílice o alúmina, que se encuentra depositada, formando una capa fina de espesor uniforme (0.1-0.2 mm), sobre una placa de vidrio, plástico, o una lámina metálica.


Las placas de cromatografía generalmente se comercializan como láminas (20 x 20 cm) que hay que cortar al tamaño adecuado. Para llevar a cabo una cromatografía en capa fina, se debe seguir el procedimiento que se indica a continuación:

1.- En la superficie del adsorbente (fase estacionaria), señalar con un lápiz (no utilizar tinta) tantos puntos como muestras se vayan a aplicar, dejando espacio suficiente entre ellos. Estos deben estar a la misma altura desde la base de la placa (1 cm aproximadamente), por lo que resulta útil trazar una línea recta antes de señalar los puntos (Fig. 11.a). Marcar con suavidad, sin afectar al adsorbente.

2.- Disolver la muestra a analizar en un disolvente. La disolución no debe estar ni muy diluida ni muy concentrada.

3.- Utilizando un capilar de vidrio, depositar una alícuota de la disolución en el punto previamente señalado del adsorbente (Fig 11.b). Para ello, apoyar ligeramente el capilar con la disolución sobre el adsorbente, dejar evaporar el disolvente, y repetir esta operación 2-3 veces con la precaución de aplicar la muestra siempre en el mismo sitio. El diámetro de la mancha depositada en el origen debe ser lo más pequeño posible (2-3 mm) y nunca debe solapar con las manchas contiguas. Una vez utilizado, el capilar se desecha.

4.- El nivel del disolvente debe quedar por debajo de la línea en la que se ha depositado la muestra, de manera que no toque la mancha del compuesto aplicado. Si el origen de la placa quedase cubierto por el disolvente, éste disolvería el compuesto en lugar de eluirlo. Introducir la placa en posición vertical en la cubeta, que durante la elución debe permanecer tapada, para evitar la evaporación del disolvente, y sin moverse (Fig. 11.c). Apoyar la placa contra la pared de la cubeta, de manera que quede vertical o ligeramente inclinada.

5.- El disolvente ascenderá por capilaridad. Cuando el frente llegue a poca distancia del borde superior de la placa se abre la cubeta, se saca la placa y se señala con un lápiz la distancia recorrida por el disolvente antes de que éste se evapore, con objeto de poder realizar el cálculo del Rf .

6.- Dejar evaporar el disolvente.

7.- Si el compuesto es activo a la luz ultravioleta, visualizar la placa en una lámpara UV. Marcar con un lápiz el contorno de las manchas observadas (Fig. 11.d). En caso contrario, utilizar un agente revelador.

8.- Determinar el Rf y anotar el disolvente que se ha utilizado.

Figura 11

B) Visualización del cromatograma

La mayor parte de las placas de cromatografía llevan un indicador fluorescente que permite la visualización de los compuestos activos a la luz ultravioleta (254 nm). El indicador absorbe luz UV y emite luz visible, generalmente verde. La presencia de un compuesto activo en el ultravioleta evita que el indicador absorba luz en la zona en la que se encuentra el producto, y el resultado se traduce en la visualización de una mancha en la placa que indica la presencia de un compuesto.

En el caso de compuestos que no absorban la luz ultravioleta, la visualización del cromatograma requiere utilizar un agente revelador. El revelador tiene que reaccionar con los productos


adsorbidos proporcionando compuestos coloreados. Por tanto, el revelador a utilizar depende del tipo de compuesto que se pretenda visualizar.

C) Determinación del Rf

La relación entre las distancias recorridas por un compuesto dado y por el disolvente, desde el origen del cromatograma, se conoce como Rf (abreviatura de rate factor), y tiene un valor constante para cada compuesto en unas condiciones cromatográficas determinadas (adsorbente, disolvente, tamaño de la cubeta, temperatura, etc). Debido a que es prácticamente imposible reproducir exactamente dichas condiciones experimentales, la comparación de una muestra con otra se debe realizar eluyendo ambas en la misma placa. Para calcular el Rf (Fig. 12) se aplica la siguiente fórmula:

Figura 12

La distancia recorrida por el compuesto se mide desde el centro de la mancha. Cuanto más polar es un compuesto, más retenido queda en el adsorbente y menor será su Rf. Por el contrario, los compuestos poco polares se desplazan a mayor distancia del origen. La polaridad del disolvente también influye en el valor del Rf. Así para un mismo compuesto, un incremento en la polaridad del disolvente aumentará su desplazamiento en la placa y, por tanto, su Rf.

D) Aplicaciones

Entre sus aplicaciones, la cromatografía de capa fina es una técnica cualitativa que se puede utilizar con los siguientes fines:

Identificación de un compuesto. Para identificar un compuesto es necesario comparar, en la misma placa, su Rf con el de un patrón. Si el Rf de dos muestras es diferente, se trata inequívocamente de compuestos distintos. Sin embargo, puede ocurrir que dos compuestos distintos presenten valores de Rf iguales.

Determinación de los compuestos de una mezcla.

Comprobación de la pureza de un compuesto. La cromatografía de capa fina es una técnica muy sensible que permite detectar la presencia de impurezas aun en muy baja proporción.

Monitorización de una reacción. Las reacciones generalmente se analizan cada cierto tiempo por cromatografía en capa fina con objeto de observar la desaparición de los reactivos y la aparición de nuevos productos. Para ello, se eluyen placas con una alícuota de la reacción y una referencia de los productos de partida.

E) Determinación del disolvente a utilizar como fase móvil

Cuando necesitamos determinar el mejor sistema, es decir, el disolvente o mezcla de disolventes, para desarrollar una cromatografía en capa fina de una mezcla desconocida, se suelen probar diferentes disolventes siendo un proceso de ensayo-error. Al incrementar la polaridad del sistema utilizado, los diferentes componentes de la mezclas se desplazarán más rápidamente y su Rf será mayor. El disolvente ideal es simple: el sistema que separe los componentes.

Los disolventes más utilizados debido a sus propiedades (toxicidad, coste e inflamabilidad) son hexano (o éter de petróleo) y acetato de etilo (un éster). Puede usarse también diétil éter pero es


inflamable y volátil. Los alcoholes como metanol y etanol así como la acetona también suelen usarse. El ácido acético puede usarse pero en pequeña proporción dentro de la mezcla pues es corrosivo, no volátil, muy polar y sus vapores son irritantes. El diclorometano (haluro de alquilo) es un buen disolvente pero es tóxico y debe ser evitado cuando sea posible.


3. Experimentos


3.1. Bloque 1


Práctica 1.Preparación de bromuro de butilo

(Sustitución nucleófila, SN versus eliminación)

Los haluros de alquilo son compuestos cuya fórmula general es R-X, siendo X: F, Br, Cl ó I. Los

átomos de carbono en los haluros de alquilo utilizan orbitales híbridos sp3 y el enlace C-X es un enlace (covalente polar) que se forma por solapamiento de uno de dichos orbitales sp3 del carbono con un orbital p del halógeno. Los haluros de alquilo son compuestos orgánicos muy versátiles. Su propiedad más importante es la capacidad que posee su átomo de halógeno (X) para salir en forma de ión halogenuro mediante reacciones que son muy importantes dentro del campo de la síntesis orgánica. Las reacciones más interesantes son:

a) Reacciones de sustitución: SN1 y SN2 b) Reacciones de eliminación: E1 y E2

Hay varios procedimientos de síntesis de haluros de alquilo. En esta experiencia se preparará el bromuro de n-butilo a partir de un alcohol.

Cuestionario Pre-Laboratorio 1. Describe la reacción que tiene lugar en la formación del bromuro de n-butilo, indicando su mecanismo. 2. Explica la cinética y la estereoquímica de la reacción utilizada. 3. Explica otros métodos de síntesis que podrías utilizar para la obtención del bromuro de n-butilo

Reactivos Bromuro potásico; alcohol n-butílico; ácido sulfúrico; cloruro cálcico escoriforme.

Precauciones Las extracciones deben efectuarse en vitrina.

Procedimiento experimental En un matraz de fondo redondo de 250 mL se ponen 32 g de KBr, 30 mL de agua y 20 mL de alcohol butílico; la mezcla se enfría externamente en un baño de agua-hielo y se añade lentamente con agitación 23 mL de ácido sulfúrico concentrado. Se añade un pequeño trozo de plato poroso, se adapta al matraz un refrigerante de reflujo y se calienta hasta ebullición de modo que el reflujo sea vivo y constante. Tras un período corto de tiempo se observa la separación de una capa superior de bromuro de alquilo. Se mantiene el reflujo durante 30 min. La mezcla de reacción se somete a una destilación simple y se recoge el bromuro de n-butilo en forma de gotas aceitosas que condensan junto con el agua. La destilación se da por terminada cuando no condensan gotas oleaginosas. El destilado se pasa a un embudo de decantación y se separa la capa de bromuro de n-butilo a un erlenmeyer (Nota 1). Lentamente se añaden 30 mL de ácido sulfúrico concentrado y se agita suavemente. La mezcla se pasa a un embudo de decantación y se separa la fase que contiene el bromuro de n-butilo. Para secar el bromuro de n-butilo se le añade CaCl

2 (1 g), agitando de vez en cuando (Nota 2). El líquido

seco se decanta a un matraz de destilación pequeño, se le añade un trocito de plato poroso y se destila recogiéndose la fracción entre 99 y 103°C. Se pesa y se calcula el rendimiento. Nota 1.- Para comprobar cuál es la fase acuosa añadir 1 mL de agua y observar con atención su comportamiento, ya que el agua debe quedarse en la capa de ácido. Nota 2.- El bromuro de n-butilo se considera que está seco cuando desaparece la turbidez.

Cuestiones

1. El dibutil éter es uno de los productos que se pueden formar en la preparación del bromuro de n-butilo. Proponer un mecanismo para su formación. 2. ¿Por qué es necesario añadir el H2SO4 lentamente y enfriando en un baño de hielo a la mezcla de reacción? ¿Qué producto se formará si no se toman estas precauciones? 3. ¿La velocidad de la reacción sólo depende de la concentración de ión Br-? Justifica la respuesta.

Bibliografía

H.D. Durst y G.W. Gokel, Química Orgánica Experimental, Ed. Reverté, S.A., Barcelona, 1985.


Práctica 2. Preparación de cloruro de terc-butilo

(Sustitución nucleófila, SN versus eliminación) Los haluros de alquilo son compuestos orgánicos muy versátiles. Su propiedad más importante es la capacidad que posee su átomo de halógeno (X) para salir en forma de ión halogenuro mediante reacciones que son muy importantes dentro del campo de la síntesis orgánica. Las reacciones más interesantes son:

a) Reacciones de sustitución: SN1 y SN2 b) Reacciones de eliminación: E1 y E2

Hay varios procedimientos de síntesis de haluros de alquilo. En esta experiencia se preparará el cloruro de

terc-butilo a partir de terc-butanol.

Cuestionario Pre-Laboratorio 1. Describe la reacción que tiene lugar en la formación del cloruro de terc-butilo. 2. Formula los pasos del mecanismo de la reacción y, de acuerdo con él expresa la ecuación cinética correspondiente. 3. ¿ En esta reacción se puede formar algo de 2-metilprop-1-eno? ¿Cómo?

Reactivos

terc-Butanol; ácido clorhídrico 35% comercial; bicarbonato sódico; cloruro cálcico anhidro.

Técnicas Extracción, destilación simple.

Precauciones Los vapores de haluros de alquilo son tóxicos a elevadas concentraciones. El ácido clorhídrico concentrado produce quemaduras. Trabajar con guantes y gafas de seguridad.

Procedimiento experimental Se introducen en un embudo de decantación 60 mL de HCl concentrado, que previamente se habrán enfriado en un baño de hielo. Se añaden lentamente 20 mL de terc-butanol y se mueve el embudo sin taparlo, dando al líquido un movimiento de rotación con el objeto de mezclar las capas. Se tapa el embudo y se agita vigorosamente durante 2 ó 3 min., liberando la presión a través de la llave. Se continúa intermitentemente la agitación del embudo durante 15 min. Se deja reposar hasta que las capas se separen claramente y se desecha la capa inferior. El líquido que queda en el embudo se lava con dos porciones de 10 mL de disolución de NaHCO3 al 5 % (precaución, el embudo adquiere presión debido a al CO2 que se libera). Se pasa el líquido lavado a un erlenmeyer pequeño y se seca con CaCl2 anhidro durante 10 min. La disolución se filtra a través de un embudo con un poco de algodón para separar el agente desecante y se pasa a un matraz redondo pequeño. Este líquido obtenido se purifica por destilación simple, recogiéndose la fracción que destila entre 48 y 54 ºC. El líquido incoloro, se pesa y se debe guardar en un recipiente que cierre herméticamente. Calcular el rendimiento de la reacción.

Cuestiones

1. ¿Para qué se adiciona bicarbonato sódico tras la separación de las capas? 2. ¿Cuántos mililitros de terc-butanol de pureza del 97% son necesarios para preparar 25 mL de cloruro de terc-butilo, considerando un rendimiento del 80% para la reacción? (d (terc-butanol) = 0.79 g/ml, d (cloruro de terc-butilo) = 0.843 g/mL, Pesos atómicos: C, 12; H, 1; O, 16; Cl, 35.5) 3. ¿Para qué se adiciona cloruro cálcico a la capa orgánica tras la separación de las fases?

Bibliografía

H.D. Durst y G.W. Gokel, Química Orgánica Experimental, Ed. Reverté, S.A., Barcelona, 1985.


Práctica 3. Preparación de acetanilida

(Sustitución nucleófila acílica, protección de grupos funcionales)

Las aminas y amidas son compuestos orgánicos que tienen una gran variedad de aplicaciones. Muchos fármacos y muchas sustancias activas biológicamente contienen en su estructura aminas o amidas. La acetanilida (antifebrina) fue uno de los primeros medicamentos prescritos bajo una denominación comercial, aunque se dispusiera de la denominación genérica. Además, la acetanilida es una materia prima empleada en la preparación de la sulfanilamida, uno de los primeros antibióticos sintéticos. Es una amida que se prepara por reacción de anilina y anhídrido acético en presencia de ácido acético.

En esta experiencia se preparará y purificará la acetanilida (N-fenilacetamida).


1. Explica cómo pueden transformarse las aminas en amidas. Escribe la reacción que tiene lugar en la formación de la acetanilida. 2. La preparación de acetanilida se lleva a cabo en medio ácido. ¿Cuál es la misión del ácido acético? 3. Indica el mecanismo a través del cual ocurre la preparación de la acetanilida.

Reactivos

Anilina (4.5 mL); ácido acético glacial (7.5 mL); anhídrido acético (7.5 mL); agua-hielo

Técnicas experimentales

Filtración; cristalización; punto de fusión.


En un matraz de fondo redondo de 100 mL se introducen 4.5 mL (0.05 moles) de anilina y 7.5 mL de ácido acético glacial. A esta mezcla se añade lentamente 7.5 mL de anhídrido acético, observándose desprendimiento de calor. Se adapta al matraz un refrigerante de reflujo. Se añade un trocito de plato poroso y la disolución se calienta a ebullición durante 10 min. Se deja enfriar el contenido del matraz y se vierte poco a poco en un vaso de precipitado con 25 mL de agua y 25 g de hielo agitando con una varilla de vidrio. Los cristales de acetanilida formados se recogen por filtración a vacío lavándolos en el Büchner con agua helada. El producto se purifica por recristalización usando como disolvente agua. El producto se seca primero parcialmente al aire y finalmente en un desecador.

Determinar el punto de fusión de la acetanilida y el rendimiento de la reacción.

Precauciones

La anilina es irritante. Trabajar en vitrina, especialmente durante la adición de los ácidos. Usar guantes y gafas de protección.

Cuestiones

1. ¿Se podría emplear otro ácido en la síntesis de la acetanilida? ¿Por qué? 2. Comparar la basicidad relativa de anilina y acetanilida. 3. ¿Qué interés puede tener la transformación de la anilina en acetanilida si queremos hacer una sustitución aromática electrofílica sobre un anillo aromático que contiene el grupo amino?

Bibliografía

1. F. A. Carey, Química Orgánica, 6ª ed., McGraw Hill, 2006.

2. 2. A. Streitwieser, C. H. Heathcock, Química Orgánica, 3ª ed., Interamericana, 1986.


Práctica 4. Preparación de p-nitroanilina

(Sustitución Aromática Electrófila, uso de Grupos Protectores)

La p-nitroanilina es un compuesto aromático que se emplea en la síntesis de colorantes rojos de gran uso en la industria textil. Se prepara en una secuencia sintética en tres pasos a partir de la anilina o en dos pasos a partir de la acetanilida.

En esta experiencia se preparará y purificará la p-nitroanilina. La acetanilida se nitra en una primera etapa y, a continuación, se hidroliza la p-nitroacetanilida.

Cuestionario Pre-Laboratorio 1. Explica por qué no puede prepararse directamente p-nitroanilina a partir de anilina. 2. ¿Qué reactivo se emplea en la nitración de la acetanilida? 3. ¿Por qué hay que controlar la temperatura en la nitración de la acetanilida?

Reactivos Acetanilida (2.25g); ácido sulfúrico concentrado (7 mL); ácido nítrico (2 mL); ácido clorhídrico conc. (11.5 mL); hidróxido amónico; agua-hielo.

Técnicas experimentales Filtración; cristalización; punto de fusión.

Procedimiento experimental En un vaso pequeño se vierten 5 mL de ácido sulfúrico concentrado y se añaden 2.25 g de acetanilida, en pequeñas porciones y con agitación constante. Tan pronto como toda la acetanilida, o prácticamente toda, se haya disuelto, se introduce el vaso en un baño de hielo picado y se añade gota a gota, una disolución preparada con 2 mL de ácido nítrico en 2 mL de ácido sulfúrico concentrado. La mezcla se añade gota a gota, agitando suavemente y regulando la adición de tal forma que la temperatura de la mezcla no pase de 35 °C. Cuando se ha añadido todo el ácido nítrico, se saca el vaso del baño del hielo y se deja reposar a temperatura ambiente durante cinco minutos. La disolución de acetanilida nitrada se vierte en un vaso de 100 mL, que contiene 30 mL de agua y 10 g de hielo. La mezcla se agita y el precipitado de p-nitroacetanilida se recoge por filtración en un büchner pequeño. En el mismo filtro se lava con dos porciones de 15 mL de agua fría y se deja secar al aire. La p-nitroacetanilida se pasa a un matraz de 250 mL, se añaden 50 mL de agua y 11.5 mL de ácido clorhídrico concentrado. Se adapta al matraz un refrigerante de reflujo. La mezcla se hierve a reflujo durante treinta y cinco minutos (Nota ). Terminada la hidrólisis, el matraz y su contenido se enfrían y la mezcla de reacción se vierte en un vaso de 400 mL. Se añaden 20 g de hielo y se precipita la p-nitroanilina alcalinizando la solución con hidróxido amónico (Debido a la escasa basicidad de la p-nitroanilina, una pequeña parte de ella a veces se separa en la solución ácida diluida, antes de añadir el hidróxido amónico). El precipitado de p-nitroanilina se filtra a través de un Büchner, se lava con dos porciones de 10 mL de agua y se escurre bien al vacío. El producto obtenido se purifica por cristalización, usando como disolvente el agua. Una vez seco el producto (desecador) se pesa, se calcula el rendimiento y se mide su punto de fusión. Nota: Se debe tener sumo cuidado en evitar que la p-nitroanilina en solución manche la ropa, puesto que las manchas amarillas no se pueden quitar fácilmente.

Cuestiones

1. ¿Qué tipo de reacción está implicada en el tratamiento de la p-nitroacetanilida con HCl concentrado? 2. ¿Por qué se añade una disolución de NH4OH tras la hidrólisis de la p-nitroacetanilida? 3. ¿Cuál es la ruta más adecuada para sintetizar p-nitroanilina?

Bibliografía

1. F. A. Carey, Química Orgánica, 6ª ed., McGraw Hill, 2006.

2. A. Streitwieser, C. H. Heathcock, Química Orgánica, 3ª ed., Interamericana, 1986.


Práctica 5. Preparación de difenilmetanol

(Reactividad de alcoholes y Reactividad del grupo carbonilo) Los objetivos de esta experiencia son: a) la preparación en el laboratorio de un alcohol secundario a partir de una cetona; b) seguir el curso de la reacción mediante pruebas sencillas de laboratorio. Los alcoholes son compuestos muy frecuentes en la naturaleza, y útiles en la industria y en el hogar. La palabra alcohol es uno de los términos más antiguos de la química, deriva del término árabe al-kuhl. Los alcoholes se sintetizan mediante una gran variedad de métodos y el grupo hidroxilo se puede transformar en la mayoría del resto de grupos funcionales. Por estas razones, los alcoholes juegan un papel importante en la química orgánica tanto como reactivo, disolvente e intermedio sintético versátil. Cuestionario Pre-Laboratorio

1. Escriba la reacción que tiene lugar en la formación del difenilmetanol. 2. ¿Qué es el borohidruro sódico y cuál es su papel en la reacción? 3. Indique el mecanismo de formación del difenilmetanol.

Reactivos

Benzofenona (0.9 g); borohidruro sódico (0.3 g); EtOH (15 mL); H2O destilada; HCl conc. (2.5 mL)

Precauciones

La benzofenona irrita los ojos, la piel y las vías respiratorias. El ácido clorhídrico concentrado y el borohidruro sódico (se encuentra en el desecador) deben ser manipulados con guantes y gafas de seguridad. Los disolventes orgánicos son inflamables, manejarlos con precaución y siempre alejados de cualquier llama.


En un matraz Erlenmeyer de 100 mL se disuelven 0.9 g de benzofenona en 15 mL de etanol. Por otra parte, en un vaso de precipitado pequeño se disuelven 0.3 g de borohidruro sódico en 6 mL de agua fría. Esta disolución se añade gota a gota sobre la disolución etanólica de benzofenona agitada magnéticamente. Después de la adición se mantiene la disolución agitada durante 20 min y se vierte el contenido del Erlenmeyer sobre una mezcla de agua-hielo (30 mL aprox.) y HCl concentrado (2.5 mL). El precipitado obtenido se recoge por filtración a vacío, se lava con dos porciones de 15 mL de agua y se recristaliza de éter de petróleo. Los cristales obtenidos se filtran a vacío y se secan. Se calcula el rendimiento y se determina el punto de fusión. Realizar una cromatografía de capa fina de la reacción poniendo benzofenona como referencia y el producto de reacción en una misma placa usando hexano-acetato de etilo 12:1 como eluyente. Visualizar las manchas con la lámpara ultravioleta. Cuestiones

1. Interprete los resultados obtenidos al realizar la cromatografía y determine los valores de Rf de los compuestos. 2. ¿Podría llevarse a cabo la reacción utilizando sólo agua como disolvente? 3. Comente otros métodos para la preparación de alcoholes a partir de compuestos carbonílicos. Bibliografía

1. Francis. A. Carey, Química Orgánica, Ed. Mc Graw Hill, México 2006.

2. B. N. Campbell, Jr. Y M. M. Ale, Organic Chemistry Experiments, Microscale and Semi-Microscale, Ed.

Brooks-Cole Pubrishing Company, Pacific Grove, California, 1994.


3.2. Bloque 2


Práctica 6. Preparación de ácido cinámico

(Creación de enlace C-C. Adición de carbaniones a compuestos carbonílicos) La reacción que vas a realizar es una reacción de tipo aldólico que tiene lugar entre el anhídrido acético y un aldehído aromático, el benzaldehído, catalizada por una base débil. Cuestionario Pre-Laboratorio 1. La síntesis de ácido cinámico a partir de benzaldehído y anhídrido acético se denomina: a) reacción de Claisen b) reacción de Knoevenagel c) reacción de Perkin d) reacción de Henry 2. En la formación del ácido cinámico: ¿Qué papel juegan el benzaldehído, el anhídrido acético y la piridina? ¿Por qué es necesaria la adición del carbonato potásico? 3. Formule el mecanismo de la reacción entre el benzadehído y el anhídrido acético, catalizada por base. ¿Qué tipo de mecanismo se da, en particular, en la hidrólisis de un intermedio que finalmente lleva al ácido cinámico?

Reactivos Carbonato potásico; benzaldehído; anhídrido acético; piridina; carbón activo.

Técnicas Destilación por arrastre de vapor, cristalización, filtración, punto de fusión.

Precauciones El ácido cinámico es irritante. Usar guantes y gafas de protección. Procedimiento experimental En un matraz de fondo redondo de 250 mL de dos bocas, provisto de un refrigerante de reflujo, una cabeza roscada con termómetro y un tubo de cloruro cálcico, se introducen 5 mL de benzaldehído, 10 mL (0.103 moles) de anhídrido acético y 0.5 mL de piridina. La mezcla se calienta con una placa calefactora a 100-120 °C y se añaden poco a poco, por la parte superior del refrigerante, 3.5 g carbonato potásico anhidro, evitando la formación de espuma. A continuación, se eleva la temperatura a 140-160 °C durante aproximadamente 1 h. La mezcla de reacción se somete a una destilación por arrastre de vapor (añadir 150 mL de agua aprox. al matraz de reacción) para eliminar el benzaldehído que no ha reaccionado (se recogen aproximadamente 100 mL de destilado). El residuo resultante se disuelve con agua caliente, se trata con carbón activo (se hierve con 0.5 g de carbón activo y se filtra), y se deja cristalizar. El ácido cinámico se filtra, se seca y se pesa. Finalmente se

calcula el rendimiento de la reacción y se determina el punto de fusión del ácido cinámico.

Cuestiones 1. ¿Qué objeto tiene la destilación por arrastre de vapor en la síntesis del ácido cinámico? Justifica la respuesta e indica el fundamento de esta técnica. 2. Si en el experimento anterior el anhídrido acético se sustituye por anhidrido propiónico ¿Qué producto se obtendría? 3. El ácido cinámico que obtienes en el laboratorio ¿tiene configuración Z ó E? ¿Por qué? Explica cómo el punto de fusión y el espectro de 1H-RMN del producto obtenido te ayudan en tu respuesta a la primera cuestión. Bibliografía L.M. Harwood y C.J. Moody Experimental Organic Chemistry: Standard and Microscale 2ª ed., Blackwell

Scientifics Publications, Oxford 1998.


Práctica 7. Preparación de la dibenzalacetona

(Condensación aldólica y relacionadas)

Los aldehídos y cetonas que poseen hidrógenos en posición α pueden desprotonarse en medio básico y generar un anión enolato estabilizado por resonancia. Este ión enolato puede adicionarse al carbono carbonílico de otro aldehído o cetona dando lugar a un aldol. Esta reacción se conoce con el nombre de condensación aldólica. También puede estar catalizada por ácidos. El calentamiento del aldol en medio ácido o básico suele conducir a una deshidratación generando un compuesto carbonílico α,β-insaturado.


1. ¿Cuál de los siguientes compuestos no es un posible producto de la reacción aldólica cruzada entre el acetaldehído y el butanal? a) 3-hidroxibutanal b) 2-etil-3-hidroxibutanal c) 3-etil-2-hidroxihexanal d) 3-hidroxihexanal 2. Se emplea una condensación aldólica para preparar (E)-chalcona, PhCH=CHCOPh. ¿Qué combinación de reactivos dará lugar al producto? 3. ¿Qué enolato y que compuesto carbonílico deberían usarse para preparar el siguiente compuesto mediante una condensación aldólica cruzada?

Reactivos

Benzaldehído (5 mL); acetona (1.5 mL); hidróxido sódico (5 g); etanol; agua destilada.


En un erlenmeyer de 250 mL se disuelven 5 g de NaOH en 50 mL de agua. Se agregan 40 mL de etanol, se agita vigorosamente y se enfría la disolución en un baño de hielo. A la disolución así enfriada en un baño de agua se añade poco a poco y con agitación vigorosa una mezcla de 5 mL de benzaldehído y 1.5 mL de acetona. La disolución toma un color amarillo o anaranjado. Tras agitar durante unos 15 min a temperatura ambiente, filtrar el precipitado y lavarlo con agua fría hasta pH neutro de las aguas de lavado. Dejar secar en el Büchner con succión y recristalizar en etanol del 96%. Determinar el punto de fusión del producto obtenido y el rendimiento de la reacción.

Cuestiones

1. Escribe el mecanismo de la reacción que ha tenido lugar entre el benzaldehído y la acetona. ¿Qué papel desempeña el hidróxido sódico en la preparación? 2. Calcula el rendimiento del producto obtenido. 3. Interpreta los espectros de IR y RMN del producto de reacción e indica si es consistente con la estructura esperada. ¿Cómo determinarías la geometría de los dobles enlaces carbono-carbono formados?

Bibliografía

1. D.W. Mayo, R.M. Pike y P.K. Trumper, Microscale organic laboratory: with multistep and multiscale syntheses 3a ed., John Wiley & Sons Inc., 1994.

2. B.S. Furniss, A.J. Hannaford, P.W.G. Smith y A.R. Tatchell, Vogel’s textbook of practical Organic Chemistry 5a ed., Longman Scientific and Technical, 1989.


Práctica 8. Reacción de Diels-Alder (Anhídrido 9,10-dihidroantraceno-9,10-succínico)

(Reacciones pericíclicas de cicloadición [4+2]) La reacción de Diels-Alder pertenece a un grupo importante de reacciones denominadas reacciones pericíclicas. Son reacciones concertadas donde la rotura y formación de nuevos enlaces es simultánea y el estado de transición cíclico. Es una reacción de cicloadición [4+2] ya que comprende un sistema de 4

electrones (dieno) y otro de 2 electrones (dienófilo).

+

dieno dienófilo

aducto de D-A Cuestionario Pre-Laboratorio 1. ¿Cuál de los siguientes compuestos no puede actuar como dieno en la reacción de Diels-Alder?

2. ¿Podría actuar el acetileno cómo dienófilo? Si es posible ¿qué aducto resultaría de su reacción con el buta-1,3-dieno? 3. ¿Que isómeros del ciclohexeno se obtendría de la reacción en condiciones térmicas del buta-1,3-dieno con trans-but-2-enal? Reactivos Antraceno (2 g), anhídrido maleico (1,1 g) y xileno (25 mL).

Precauciones Manténganse secos el material de vidrio y los reactivos. Evítese el contacto con el polvo de anhídrido maleico. Llévese a cabo esta práctica en una vitrina bien ventilada. El anhídrido maleico irrita la piel y las mucosas. El xileno debe estar bien seco (cloruro cálcico o tamiz molecular). Usar guantes y gafas de seguridad. El calentamiento debe ser intenso, intentando disolver completamente los reactivos, así como durante el tratamiento con carbón activo.

Procedimiento experimental En un matraz se colocan 2 g de antraceno, 1,1 g de anhídrido maleico pulverizado y 25 mL de xileno. Se calienta la mezcla a reflujo con agitación durante 20 minutos. Se deja enfriar por debajo del punto de ebullición y se añaden 0,1 g de carbón activo y se hierve durante 2 minutos y se filtra en caliente. El filtrado se deja enfriar y los cristales formados se recogen por filtración. Una vez seco el producto, se pesa, se calcula el rendimiento y se mide el punto de fusión. Cuestiones 1. Dibuja el estado de transición cíclico de la reacción de Diels-Alder de la práctica. ¿Existe isomería endo/exo en el aducto? 2. Calcula el rendimiento del producto obtenido. 3. Interpreta los espectros de IR y RMN del producto de reacción e indica si es consistente con la estructura esperada. ¿Por qué el dienófilo tiene una sola señal para sus protones? Bibliografía 1. D.W. Mayo, R.M. Pike y P.K. Trumper, Microscale organic laboratory: with multistep and multiscale syntheses 3a ed., John Wiley & Sons Inc., 1994. 2. B.S. Furniss, A.J. Hannaford, P.W.G. Smith y A.R. Tatchell, Vogel’s textbook of practical Organic Chemistry 5a ed., Longman Scientific and Technical, 1989.


Práctica 9. Preparación del -nitroestireno

(Carbaniones estabilizados por grupo nitro) Los nitroalcanos son compuestos relativamente ácidos, que en presencia de una base, se transforman en el anión nitronato, un carbanión estabilizado por la presencia del grupo nitro que puede adicionarse a compuestos carbonílicos aromáticos o alifáticos, mediante una reacción nitroaldólica, que origina en el caso de los compuestos carbonílicos aromáticos, nitroalquenos, y en el caso de compuestos carbonílicos alifáticos, 1,2-nitroalcoholes, compuestos ambos muy interesantes desde el punto de vista sintético. Cuestionario Pre-Laboratorio 1.- Escriba la reacción entre el nitrometano y el benzaldehído que conduce al -nitroestireno, explicando su mecanismo. 2. Justifique el distinto comportamiento en esta reacción de los compuestos carbonílicos aromáticos y alifáticos. 3. ¿Cómo se denomina la reacción que tiene lugar entre entre el benzaldehído y el nitrometano en medio básico? a) Reacción de Perkin b) Reacción de Michael c) Reacción de Henry. Reactivos Nitrometano (6,1 g), benzaldehído (10,6 g), metanol (20 mL), hidróxido de sodio acuoso (solución preparada como se indica en NOTA 1), ácido clorhídrico conc. (10 mL), etanol para recristalizar (40-50 mL), agua, hielo y sal. Precauciones Los vapores de la solución etanólica de β-nitroestireno son irritantes de la nariz y los ojos. El benzaldehído es nocivo en contacto con la piel. Utilizar guantes, gafas de seguridad y trabajar en vitrina, especialmente durante la recristalización y tener en cuenta que el producto sólido es irritante para la piel de la cara y los brazos.

Procedimiento experimental A un matraz de dos bocas, enfriado dentro de una mezcla de hielo y sal, se le adapta un agitador magnético, un termómetro y un embudo de decantación. Dentro de él se colocan 6,1 g (0,1 moles) de nitrometano, 10,6 g (0,1 mol) de benzaldehído y metanol (20 mL). Se pasa al embudo una disolución acuosa de hidróxido sódico (preparada conforme a la NOTA 1) y desde él se añade con agitación a la mezcla de nitrometano y benzaldehído, sin que la temperatura sobrepase los 10-15°C. Durante la adición del álcali se forma un precipitado blanco voluminoso y la mezcla llega a ser tan espesa que dificulta la agitación; es conveniente por esto añadir entonces metanol (2 a 5 ml). A continuación se deja estar 15 min dentro del baño de hielo y sal. Posteriormente se añaden 60-70 mL de agua fría-hielo picado, con lo cual la masa pastosa se convierte en una solución clara. En un vaso de 0,5 L se coloca una disolución de ácido clorhídrico (preparada diluyendo 20 mL de ácido clorhídrico concentrado en 30 ml de agua). Sobre esta disolución, bajo agitación, se añade la mezcla de reacción anterior desde un embudo de decantación, a una velocidad tal que la corriente rompa en gotas. Tan pronto como la solución alcalina entra en contacto con el ácido se separa una masa cristalina de color amarillo pálido, que al detener la agitación se deposita en el fondo. Se separa el sólido por filtración a vacío, lavándolo con agua hasta pH neutro (NOTA 2). El producto obtenido se purifica por cristalización de etanol (10 ml aprox.). NOTA 1.- Se disuelven 4,2 g (0,105 moles) de hidróxido sódico en 5 mL de agua y posteriormente se enfría y se diluye hasta 10 mL con hielo y agua. NOTA 2.- La práctica no debe pararse antes de este punto.

Cuestiones 1.- ¿Por qué no puede pararse la reacción hasta el punto indicado en la NOTA 2? 2.- ¿Cuál es la misión del NaOH? ¿Y la del HCl? 3.- ¿Por qué tiene que hacerse la reacción a baja temperatura?

Bibliografía 1. B.S. Furniss, A.J. Hannaford, P.W.G. Smith y A.R. Tatchell, Vogel’s textbook of practical Organic

Chemistry 5a ed., Longman Scientific and Technical, 1989.


4. Presentación de resultados


4.1. Cuaderno de Laboratorio

Normas para la elaboración del cuaderno de laboratorio Un aspecto importante en el trabajo desarrollado en una ciencia experimental como es la Química Orgánica es la anotación de los resultados obtenidos en el trabajo de laboratorio. A efectos prácticos, se puede distinguir entre la elaboración de un informe de una experiencia concreta y la de un cuaderno de laboratorio. Los resultados de un experimento carecen de utilidad, independientemente del nivel de sofisticación de la técnica empleada, si no se dispone de un informe preciso de cómo se realizó la reacción y de los datos obtenidos sobre los productos aislados. Esta es la función del cuaderno de prácticas de laboratorio. En él se deben anotar inmediatamente todas las observaciones relacionadas con la experiencia en curso, de lo contrario, con las anotaciones de memoria es muy probable que se omita algún detalle del proceso que en principio pueda parecer irrelevante. Por este mismo motivo, es inadecuado tomar las notas a modo de borrador eventual y transferirlas, posteriormente, a un cuaderno de limpio. Es mucho más importante que el cuaderno de laboratorio refleje lo que ha ocurrido en cada instante del experimento, que no la elegancia de una caligrafía o una cuidada redacción al elaborar un resumen de los resultados. ¡No obstante, debe ser legible! El primer punto a considerar es el cuaderno en sí mismo. Debe ser manejable y resistente. Un formato adecuado sería una libreta de pastas duras con un tamaño estándar de hoja A4. En el exterior de la libreta figurará el nombre del autor y el de la asignatura. Es conveniente dejar las primeras páginas en blanco para recoger en ellas un índice de contenidos. Las anotaciones se harán con tinta insoluble en agua y los posibles errores, se tacharán ligeramente, evitando los borrones. Bajo ningún concepto deben arrancarse las hojas, que estarán convenientemente numeradas. El formato que se sugiere para plasmar los contenidos del cuaderno de laboratorio, contempla los siguientes aspectos: 1.- La primera página de la izquierda se reserva para las anotaciones en sucio, cálculos, pesos, y cualquier otra observación pertinente. El formato es libre. 2.- La página de la derecha debe incluir, por este orden:

Experimento y Fecha

Título de la práctica y el propósito de la misma

Referencias bibliográficas

Reacción ajustada incluyendo reactivos y productos

Tabla con los datos físicos y los cálculos realizados

a) En la parte superior debe figurar el número del experimento y la fecha. b) Seguidamente el título de la práctica y muy brevemente el propósito de la misma. Si el experimento es una síntesis también debe incluir la reacción ajustada. c) Las referencias bibliográficas directamente relacionadas con el procedimiento a desarrollar (en su caso). d) La ecuación de la reacción detallando las fórmulas estructurales de los compuestos. e) Una tabla en la que se indiquen para cada compuesto, tanto reactivos como productos, los siguientes datos: procedencia (marca comercial o número de experimento en el que lo hemos preparado nosotros mismos), densidad (si es líquido), concentración (si es una disolución previamente preparada), peso molecular, masa en gramos, volumen (si es líquido), número de milimoles. ¡Es imprescindible escribir todo lo anterior antes de iniciar la práctica! El siguiente bloque de anotaciones contendrá toda la información pertinente a la ejecución del experimento, expresándola de la forma más concisa posible. Por tanto, carece de sentido copiar un procedimiento ya descrito. No obstante, cualquier variación respecto al mismo debe quedar claramente reflejada. Este aspecto permitirá explicar posteriormente las posibles desviaciones respecto a los resultados esperables. Si en el transcurso de la práctica se producen incidencias, se pueden anotar lo antes posible (nunca en otro día) en una forma clara y comprensible.


Procedimiento

Procesado y purificación

Cálculo del rendimiento

Datos y observaciones

Conclusiones (discusión de resultados)

1.- Se describirán muy brevemente los aspectos del procedimiento experimental que no estén recogidos en el guión o en las referencias bibliográficas. Nunca debe repetirse lo ya escrito en el guión o en la bibliografía. La primera vez que se utiliza una técnica, como una destilación, se debe incluir un esquema del montaje y los aspectos más destacados durante el proceso de la misma. En experiencias posteriores será suficiente con decir que el líquido fue destilado. 2.- Reseñar el método de procesado de la reacción (tipo de hidrólisis, disolvente, etc.) así como el de purificación. En el caso de las recristalizaciones fraccionadas se anotarán el disolvente utilizado, así como en las destilaciones se debe anotar la presión y los intervalos de temperatura de las diversas fracciones recogidas. 3.- Se completará la tabla con los datos relativos a los productos obtenidos: cantidad obtenida en gramos (o miligramos) y en milimoles. 4.- El rendimiento de la reacción se calculará dividiendo los milimoles del producto obtenido entre los milimoles del reactivo limitante, y aplicando el factor de equivalencia si es distinto de 1. 5.- También se deben anotar las características físicas directamente observables (estado físico, color, etc.) y las propiedades físicas medidas: a) Punto de fusión o ebullición (y presión en caso de haberse destilado a presión reducida). b) Clave identificativa de los espectros medidos (en su caso). Las observaciones que realicemos sobre el experimento que estamos llevando a cabo son muy importantes, por ejemplo: cambio de color, aparición de cristales o precipitado, formación de una emulsión, temperatura de ebullición, etc... Estas observaciones deben quedar recogidas en el cuaderno de laboratorio dentro de la experiencia que estamos realizando. En general no es necesario volver a escribir el procedimiento seguido según el boletín de prácticas pero sí hay que indicar que el procedimiento fue realizado según las indicaciones destacando aquello que no se realizó según lo planeado. A veces, sin embargo, se debe recoger parcialmente el procedimiento cuando se quiere destacar un hecho visible, como por ejemplo "la disolución se volvió verde" y poder explicarlo dentro de la correspondiente etapa en el experimento que estamos realizando. A modo de ayuda se debe considerar que a partir del procedimiento, los datos y observaciones recogidos en el cuaderno de laboratorio, cualquier químico debería repetir el experimento en las mismas condiciones y con el mismo resultado.

Modelo de cuaderno

En las páginas siguientes páginas se muestra un modelo del cuaderno de laboratorio:

http://ev2.us.es/webct/RelativeResourceManager/Template/Recursos_importados/vinculos_IMSWCT/page_02.htm

http://ev2.us.es/webct/RelativeResourceManager/Template/Recursos_importados/vinculos_IMSWCT/page_02.htm


4.2. Informe

Normas para la elaboración del informe de laboratorio Un aspecto importante en el trabajo desarrollado en una ciencia experimental como es la Química Orgánica es la anotación de los resultados obtenidos en el trabajo de Laboratorio. A efectos prácticos, se puede distinguir entre la elaboración de un informe de una experiencia concreta y la de un cuaderno de laboratorio. En un Informe se procede a comunicar los resultados obtenidos en el laboratorio por ejemplo en una práctica de una asignatura experimental. El informe debe constar de de los siguientes apartados: 1. Título del Experimento. Debe ser claro y descriptivo de la experiencia realizada: · Síntesis de ... · Purificación de…. por recristalización... 2. Resumen. Una o dos frases donde se indiquen con precisión los resultados alcanzados en el experimento. 3. Introducción. Una introducción al tema de la práctica. Debe ser lo más breve posible (uno o dos párrafos). En ella se explicará el tipo de experimento o reacción que se ha realizado (por ejemplo: reacción de nitración mediante un proceso de sustitución aromática electrófila sobre benzoato de metilo), su uso en Química Orgánica (es muy común, es muy raro, se utiliza en la industria, es similar a un proceso que ocurre en los seres vivos, etc.) y otros aspectos generales teóricos de las reacciones. 4. Discusión de resultados: explicación de la reacción (o reacciones). Cómo tienen lugar las reacciones, si son comunes a otros tipos de sustratos, que papel desempeña cada uno de los reactivos (actúa como oxidante, reductor, nucleófilo, base, etc.) y el tipo de mecanismo de la reacción (SN1, sustitución aromática electrófila, eliminación, etc.). Debe también explicarse el mecanismo de la reacción, con un esquema indicando los movimientos de electrones mediante flechas curvadas y todos los intermedios de reacción importantes. Pueden también indicarse los estados de transición claves. En su caso, debe explicarse la regioquímica y la estereoquímica de la reacción y si producen reacciones competitivas, que dieran lugar a la formación de productos secundarios. También se puede incluir cualquier otro tipo de comentario relativo al procedimiento efectuado, destacando aquellos aspectos más significativos de los datos físicos o espectroscópicos que sirvan para determinar la estructura de los compuestos preparados. 5. Desarrollo experimental. Se debe indicar brevemente como se ha llevado a cabo el experimento. En primer lugar las cantidades de los productos utilizadas (en g o mg, mL, mmol y equivalentes), con lo cual se analiza los reactivos que se utilizan en exceso y el o los reactivos limitantes que van a condicionar el rendimiento de la reacción. A continuación se deben indicar las condiciones en las que se realiza la reacción justificando de forma razonada las operaciones que se han realizado

1. Disolvente y cantidad del mismo 2. Orden y forma en que se adicionan los reactivos 3. Temperatura 4. Tipo de agitación: magnética o manual 5. Montaje y material utilizado: reflujo con o sin torre de cloruro cálcico, destilación simple, tipo de

filtración etc. 6. Tiempo de reacción 7. Tratamiento al que se somete al crudo de reacción 8. Aislamiento y purificación de los productos obtenidos

Es importante mencionar cualquier dato de interés que se observe en el trascurso de la reacción: Cambios de color Dificultad de disolución de algunos reactivos Aparición de precipitados Desprendimiento de calor Generación de gases Procedimiento por el que se realiza el seguimiento de la reacción: tiempo, aspecto, cromatografía

de capa fina etc. Finalmente, dentro de este apartado, se debe indicar también la cantidad de producto o productos obtenidos (peso, nº de moles y rendimiento), grado de pureza, aspecto físico (estado físico: líquido, sólido amorfo, sólido cristalino; color; olor; etc.) y sus características físicas y espectroscópicas (punto de fusión,


datos de IR, RMN y MS) si se disponen de ellas, asignando las señales de 1 H-RMN y las bandas de IR más importantes. Una forma habitual de presentar los datos espectroscópicos es en forma de listado o tabla, o bien sobre el dibujo de la molécula. Conviene pegar o adjuntar copias de los espectros obtenidos. 6. Observaciones y conclusiones. Se debe indicar si la reacción ha tenido lugar según lo previsto, si el producto ha podido obtenerse puro y si los datos espectroscópicos y de otro tipo son los esperados. En caso de que algo haya ido mal, razonar porqué. Si se han realizado un proceso por etapas se dará el rendimiento de cada una de las reacciones calculando también el rendimiento global. Explicar si ha habido alguna incidencia destacable. Exponer las principales conclusiones del experimento: qué se ha logrado con él y qué se ha aprendido. Puede también relacionarse con otros conceptos o reacciones estudiadas en la asignatura. 7. Bibliografía. Indicar aquí el material bibliográfico utilizado. Es conveniente numerar las referencias y hacer mención a ellas en los apartados anteriores.

Modelo de Informe

Ejemplo de informe para síntesis de la aspirina:

ACETILACIÓN DE SALICILALDEHÍDO. PROTECCIÓN DEL GRUPO HIDROXILO Resumen Se describe un método de acetilación de salicilaldehído como método de protección del grupo hidroxilo.

Introducción El grupo hidroxilo es nucleofílico, ácido, y fácilmente oxidable por un gran número de reactivos. Debido a que puede tomar parte en muchas transformaciones bajo condiciones suaves, resulta imprescindible proceder a su protección, especialmente cuando se trata de procesos sintéticos en varias etapas con moléculas multifuncionales. De este modo se asegura que no dará lugar a reacciones no deseadas cuando se intente trabajar con otros fragmentos de la molécula. Por otra parte, es necesario que el grupo protector pueda ser retirado con facilidad en el momento en que se concluya la síntesis, o bien cuando se desee proceder a la transformación del grupo hidroxilo. La transformación del grupo hidroxilo en acetato supone la protección frente a ácidos y reactivos oxidantes, y puede retirarse con facilidad en medio básico, como KOH metanólico.

Discusión de resultados La acetilación del salicilaldehído (2-hidroxibenzaldehído) se puede realizar fácilmente con anhídrido acético y piridina a temperatura ambiente. La piridina actúa a la vez como base y como disolvente. La reacción tarda unas 24 horas. El rendimiento es del orden del 70%, principalmente por la dificultad para recuparar el producto del medio de reacción. El mecanismo implicado1 es una reacción de sustitución nucleófila de acilo (SNAc) en donde el o-formilfenol actúa de nucléofilo que se adiciona en una primera etapa al carbono carbonílico del anhídrido acético de carácter electrofílico. La geometría sp2 del carbono carbonílico evoluciona a sp3 en la formación de un intermedio tetraédrico. Es necesaria la actuación de una base, en este caso la piridina, para abstraer el H del ion oxonio. El intermedio originado es inestable y evoluciona al producto final mediante la eliminación de un ión acetato como grupo saliente, recuperándose la geometría sp2 del carbono que ha intervenido en la reacción.

http://ev2.us.es/webct/RelativeResourceManager/Template/Recursos_importados/Vinculo1_Modelo_de_informe_IMSWCT/page_01.htm


El producto se caracteriza como un líquido que se purifica por destilación a presión reducida. En su espectro de infrarrojo se observan las señales características de grupo aldehído (2738 y 1702 cm-1) y de acetato (1762, 1192 cm-1). En el espectro de 1H RMN se confirma la presencia de acetato por la señal debida al metilo de dicho grupo (2.41 ppm, s). Además se observa la señal de aldehído (10.13 ppm, s), y la de cuatro protones aromáticos sobre un anillo disustituido (7.90, 7.66, 7.43 y 7.21 ppm).

Experimental La síntesis se efectuó siguiendo el procedimiento descrito por Cornforth et al2. A una disolución de salicilaldehído (2.29 g, 18.56 mmol) en diclorometano (35 mL) se adiciona piridina (3 mL, 36.76 mmol) y anhídrido acético (2 ml, 20.79 mmol). La mezcla se refluye bajo atmósfera de argón durante 4h. Se añade hielo (2 g), y agua (20 mL). La fase orgánica se lava con HCl 2N (3x15 mL), disolución saturada de NaHCO3 (3x15 mL) y disolución saturada de NaCl (15 mL). Se seca con Na2SO4, filtra y evapora el disolvente en el rotavapor. El crudo de reacción se destila a presión reducida, obteniéndose el 2-acetoxibenzaldehído como un líquido incoloro. 2.90 g, (17.67 mmol, 95%); P.eb.: 140-142oC (18 mm Hg); IR ( (cm-1) 3072 (Ar-H), 2830 (CH3), 2738 (CHO), 1762 (C=O éster), 1700 (Ar-C=O, aldehído), 1596 (Ar), 1192 (C-O, éster); 1H RMN (CDCl3, 300 MHz) δ (ppm) 10.13 (1H, s, ArCHO), 7.90 (1H, dd, J1= 7.7, J2= 1.8 Hz, H6), 7.66 (1H, td, J1=7.7, J2=1.8Hz, H4), 7.43 (1H, t, J=7.7Hz, H5), 7.21 (1H, d, J=7.7Hz), H3), 2.41 (3H, s, CH3CO2Ar); 13C RMN (CDCl3, 75 MHz) δ (ppm) 191.0 (CHO), 169 (CO éster), 153.6 (C2), 135.0 (C-4), 134.9 (C-1), 130.3 (C-6), 126.1 (C-5), 122.1 (C-3), 20.3 (CH3); EM: 164 (M+). Referencias 1. J. Clayden, N. Greeves, S. Warren, O. Wothers, Organic Chemistry, Oxford University Press, 2001, 280-281. 2. Cornforth, J.; Du M.H. J. Chem. Soc. Perkin Trans. I, 1991, 2183-2187.


5. Criterios de Evaluación


5. Criterios de Evaluación

Para un correcto aprovechamiento del tiempo en el laboratorio es necesario conocer perfectamente

el fundamento teórico del experimento que se va a efectuar, así como los pasos a seguir en su realización.

Por ello, antes de comenzar cada práctica el alumno responderá a unas cuestiones previas que

deberá haber preparado con antelación. En esas cuestiones se recogerán los contenidos mínimos que

el alumno debe conocer para comenzar un experimento dado. Asimismo, durante las sesiones de

laboratorio, el profesor podrá plantear cuestiones sobre los fundamentos teóricos y mecanísticos de la

reacción con la que se esté experimentando. Además podrá preguntar sobre aspectos experimentales o

relacionados con el cumplimiento de las normas de seguridad.

Durante la realización del experimento se elaborará un cuaderno de laboratorio, que se entregará al

finalizar el periodo de prácticas. No se debe reelaborar (“pasar a limpio”) dicho cuaderno; se entregará tal y

como se haya ido escribiendo diariamente.

Se entregará adicionalmente un informe para cada uno de los experimentos. Para elaborar el

cuaderno y los informes es imprescindible ajustarse a los criterios específicos mencionados anteriormente.

Los informes se entregarán como máximo una semana después de la finalización de cada uno de los dos

bloques de prácticas la asignatura.

Evaluación y calificación de la parte práctica de la asignatura

Es obligatoria la asistencia a las clases prácticas de Laboratorio. El alumno que asista a las

clases prácticas puede aprobar por curso si obtiene al menos 5 puntos. Los criterios de evaluación que se

aplicarán para ello son:

a) Una evaluación continua, que corresponde al 70% de la calificación de la parte práctica de la

asignatura, en la cual el profesor constatará los conocimientos del alumno sobre aspectos experimentales

y teóricos de las reacciones que realice. Se tendrá en cuenta el rendimiento, la pureza y las constantes

físicas de los compuestos preparados, la destreza para preparar montajes instrumentales de laboratorio,

las respuestas a las cuestiones planteadas por el profesor durante el trabajo de laboratorio y los informes

de cada preparación o experimento realizado por el estudiante.

Para la evaluación de los resultados en el laboratorio es imprescindible la entrega al profesor de

todos los productos sintetizados en el laboratorio convenientemente etiquetados. En la etiqueta se

incluirá como información el nombre del alumno, el nombre del producto, el peso en gramos, el

rendimiento calculado, y el punto de fusión (intervalo). Es obligatorio la entrega de los informes

correspondientes a cada una de las prácticas realizadas.

b) Una prueba escrita que se realizará tras la finalización de las prácticas, que corresponde al 30% de la

calificación de la parte práctica de la asignatura, y que consistirá en un cuestionario de aspectos

experimentales y teóricos relacionados con los experimentos realizados.

Las dos partes han de aprobarse independientemente antes de hacer la media, que dará lugar a la

calificación de la parte práctica de la asignatura.


6. ANEXO: Espectros de 1H-RMN, 13C-RMN, IR y EM


7. ANEXO: NUEVO ETIQUETADO DE SUSTANCIAS QUÍMICAS


NUEVO ETIQUETADO DE SUSTANCIAS QUÍMICAS

Normativa

En aplicación del Reglamento CE 1272/2008 sobre clasificación y envasado de sustancias y mezclas, la

Unión Europea (UE) ha adaptado su sistema de clasificación de las sustancias químicas y sus mezclas al

Sistema Globalmente Armonizado (SGA) de las Naciones Unidas. Este sistema internacional obliga a

clasificar las sustancias químicas y sus mezclas en función de sus propiedades peligrosas y exige que el

pictograma y otras indicaciones figuren en la etiqueta. Las normas introducidas por el SGA se integran en

el Reglamento CE 1272/2008 que va a sustituir progresivamente la legislación actual sobre clasificación,

etiquetado y envasado de las sustancias químicas y de sus mezclas.

Objetivo

Mejorar la información relativa a los peligros que representan las sustancias químicas para todo aquel que

esté expuesto a ellas.

Calendario de aplicación

- Enero de 2009: entrada en vigor.

- Diciembre de 2010: etiquetado obligatorio para las sustancias.

- Junio de 2015: etiquetado obligatorio para las mezclas.

Principales cambios

• Nuevos pictogramas

• Sustitución de Frases R por Indicaciones de Peligro o frases H

• Sustitución de Frases S por Consejos de Prudencia o frases P

• Indicación de la gravedad del peligro mediante las palabras:

• Peligro (categorías más graves)

• Atención (menos graves)

A) Nuevos pictogramas

Los pictogramas de peligro tendrán forma de cuadrado apoyado en un vértice. Llevarán un símbolo negro

sobre un fondo blanco, con un marco rojo lo suficientemente ancho para ser claramente visible.


B) Indicaciones de peligro. Frases H

Frase que, asignada a una clase o categoría de peligro, describe la naturaleza de los peligros de una

sustancia o mezcla peligrosa incluyendo, cuando proceda, el grado de peligro.

Clases de Peligros: Peligros físicos y químicos, Peligro para la salud, Peligro para el medio ambiente.

C) Consejos de peligro. Frases P

Frase que describe la medida o medidas recomendadas para minimizar o evitar los efectos adversos

causados por la exposición a una sustancia o mezcla peligrosa durante su uso o eliminación. Tipo de

Medidas: Carácter General, Carácter Preventivo, Respuesta, Almacenamiento, Eliminación.

Etiquetado

El etiquetado deberá indicar:

el nombre de la sustancia o de la mezcla y/o un número de identificación;

el nombre, la dirección y el número de teléfono del proveedor;

la cantidad nominal de la sustancia o mezcla.

Cuando proceda, el etiquetado deberá incluir:

los pictogramas de peligro;

las palabras de advertencia «Peligro» o «Atención»;

las indicaciones de peligro como «Peligro de incendio o de proyección», «Mortal en caso de

ingestión», etc.;

los consejos de prudencia como «Conservar únicamente en el recipiente original», «Proteger de la

humedad», «Mantener fuera del alcance de los niños», etc.;

información adicional, por ejemplo sobre las propiedades físicas o relativas a los efectos sobre la

salud humana.


Elementos de seguridad

LavaojosLavaojosDuchas de

Emergencias

Duchas de

Emergencias

ExtintoresExtintoresManta IgnifugaManta Ignifuga BotiquínBotiquín

Salida de

Emergencia

Salida de

Emergencia

Plano General(Evacuación)

Plano General(Evacuación)

Prácticas de Química Orgánica II -...

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