TEMAS DE FÍSICA Y QUÍMICA (Oposiciones de Enseñanza...

www.eltemario.com Oposiciones Secundaria – Física y Química© Antonio Abrisqueta García, 1999 Temario Específico – Tema 61

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TEMAS DE FÍSICA Y QUÍMICA(Oposiciones de Enseñanza Secundaria)

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MÉTODOS UTILIZADOS EN LA IDENTIFICACIÓN DE COMPUESTOSORGÁNICOS: ANÁLISIS CUALITATIVO Y CUANTITATIVO. ANÁLISIS ES-TRUCTURAL POR MÉTODOS ESPECTROGRÁFICOS.

Esquema

1. Introducción.2. Determinación de constantes físicas.

2.1. Punto de fusión.2.2. Purificación de compuestos orgánicos.

2.2.1. Por cristalización2.2.2. Por sublimación.

2.3. Punto de ebullición.2.4. Rotación específica. Polarímetros.2.5. Índice de refracción. Refractómetros.2.6. Determinación de masas moleculares.2.7. Solubilidad. Clasificación de los compuestos orgánicos.

3. Análisis previo y elemental.3.1. Estado físico, caracteres sensibles y alteración de la muestra.

3.1.1. Estado físico.3.1.2. Color.3.1.3. Olor.3.1.4. Calentamiento sobre la llama.

3.2. Análisis elemental cualitativo.3.2.1. Identificación del carbono.3.2.2. Identificación del hidrógeno.3.2.3. Reconocimiento de azufre, nitrógeno y halógeno.3.2.4. Identificación del oxígeno.

3.3. Análisis elemental cuantitativo.3.3.1. Cálculo de la fórmula empírica.3.3.2. Determinación de la fórmula molecular.

4. Determinación estructural de compuestos orgánicos.4.1. Métodos químicos.

4.1.1. Caracterización de grupo funcional.4.1.1.1. Hidrocarburos.4.1.1.2. Alcoholes y fenoles.4.1.1.3. Éteres.4.1.1.4. Aldehídos y cetonas.4.1.1.5. Ácidos orgánicos.4.1.1.6. Anhídridos de ácidos.4.1.1.7. Amidas.4.1.1.8. Ésteres, grasas, aceites, ceras y jabones.4.1.1.9. Aminas.4.1.1.10. Nitrilos.


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4.2. Métodos físicos o instrumentales.4.2.1. Espectrofotometría de absorción.

4.2.1.1. Teoría de la absorción de luz.4.2.1.2. Ley de Lambert-Beer.4.2.1.3. Espectrofotometría en el ultravioleta.4.2.1.4. Espectrofotometría infrarroja.4.2.1.5. Espectrometría de Resonancia Magnética Nuclear (RMN).

4.2.2. Espectrometría de masas.


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TEMA 61

MÉTODOS UTILIZADOS EN LA IDENTIFICACIÓN DE COMPUESTOSORGÁNICOS: ANÁLISIS CUALITATIVO Y CUANTITATIVO. ANÁLISIS ES-TRUCTURAL POR MÉTODOS ESPECTROGRÁFICOS.

1. INTRODUCCIÓN

Compuestos orgánicos son los compuestos del carbono, formados por enlaces en-tre este elemento y el hidrógeno, así como con otros pocos elementos muy electronega-tivos del extremo superior derecho del sistema periódico, como son el oxígeno, el nitró-geno, los halógenos y el azufre. Las sustancias orgánicas proceden fundamentalmentede los seres vivos, aunque a partir de la síntesis de Wölher, pueden obtenerse en el labo-ratorio por síntesis orgánica o a partir de sustancias minerales o inorgánicas. En estetema plantearemos los problemas inherentes al análisis de una sustancia orgánica des-conocida.

La primera manipulación que se suele realizar al tratar una muestra de una sustan-cia orgánica es la separación y purificación de sus componentes, ya que con frecuenciano es una sustancia pura. Posteriormente se realiza un análisis cualitativo para detectarlos elementos que constituyen dicho compuesto, un análisis cuantitativo a partir del cualse puede obtener la fórmula molecular (previa determinación del peso molecular), y porfin se investigan los grupos funcionales.

2. DETERMINACIÓN DE CONSTANTES FÍSICAS

En Química Orgánica es imprescindible efectuar gran cantidad de determinacio-nes para investigar la estructura de una sustancia, cuando ésta es totalmente desconoci-da, puesto que algunas de las características halladas pueden ser idénticas para distintoscompuestos. Así, por ejemplo, es importante determinar:

- Fusión, cristalización y sublimación, para compuestos sólidos.- Ebullición para compuestos líquidos.- Rotación específica, para compuestos ópticamente activos.- Indice de refracción, para mezclas binarias de líquidos.- Masa molecular.

2.1. Punto de fusión.

El punto de fusión tiene un valor constante para los compuestos puros y sirve deayuda en la determinación de mezclas de compuestos orgánicos sólidos. Hay variosmétodos para determinarlo, siendo los más importantes, los siguientes: con el aparato deThiele, con el aparato de Büchi y con el microscopio Kofter.

En todos estos métodos se calienta la muestra hasta unos 10º-20°C por debajo delpunto de fusión previsto (conocido mediante un ensayo previo de tanteo) y despuéslentamente se va elevando la temperatura a razón de 2°-3°C por minuto hasta llegar aobservar claramente la fusión.


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2.2. Purificación de compuestos orgánicos.

2.2.1. Por cristalización.

Se lleva a cabo preparando una disolución saturada o casi saturada en un disol-vente caliente y enfriándola posteriormente, ya que la mayoría de las sustancias sonmenos solubles en frío que en caliente.

En algunos casos se requieren varias cristalizaciones sucesivas para asegurar lapureza de la sustancia en cuestión. Como norma se admite que un producto debe sercristalizado hasta que el punto de fusión no se altere por una nueva cristalización.

2.2.2. Por sublimación.

Suele llevarse acabo a presión reducida en un aparato que se sumerge en un bañode agua y en cuyo interior se establece una corriente refrigerante de agua fría. Al finalde la sublimación se le determina el punto de fusión.

2.3. Punto de ebullición.

Es de un gran interés para muestras problema líquidas, ya que el punto de ebulli-ción a presión fija, es constante. Para los líquidos puros, se determina efectuando unadestilación simple de la sustancia líquida, teniendo especial cuidado en la colocación deltermómetro que efectúa la lectura y que debe captar los vapores a la entrada del refrige-rante. Para las soluciones debe recurrirse a la destilación fraccionada con determinaciónexacta del punto de ebullición de cada componente.

2.4. Rotación específica. Polarímetros.

La rotación específica es una característica a determinar en los compuestos ópti-camente activos, que giran el plano de la luz polarizada. Según el sentido en que la des-víen, se dividen en:

Dextrógiros: giran el plano de la luz polarizada a la derecha.Levógiros: giran el plano de la luz polarizada a la izquierda.

En Química Orgánica, una molécula es ópticamente activa si posee, por lo menos,un carbono asimétrico o centro quiral, es decir, un carbono unido a cuatro átomos o ra-dicales diferentes.

El grado de rotación depende de la longitud de onda de la luz polarizada y de latemperatura; generalmente se utiliza la radiación D del sodio a 589'3 nm (589'9.10−9 m)y temperatura de 20ºC.

La rotación específica se calcula según se trate de líquidos o disoluciones, por:

( )ρ

αα⋅

=l

o20D Líquidos

( )cl ⋅

=αα 100

esDisoluciono20

D

siendo ( )o20D α = Poder rotatorio específico.

α=ángulo de rotación observado (+ o −)


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l = longitud del tubo del polarímetro (dm).ρ = densidad del líquido a 20ºC (g/ml).c = concentración de la disolución en g/100 ml disolución.

2.5. Índice de refracción. Refractómetros.

Teóricamente el índice de refracción de una sustancia depende de su estructura yse caracteriza por la velocidad con que la luz atraviesa este medio en relación con lavelocidad de la luz en el aire (o mejor, en el vacío):

vc

n =

siendo: n = índice de refracción,c = velocidad de la luz en el aire o el vacío (300.000 Km/s) yv = velocidad de la luz en el medio a analizar.

El índice de refracción depende de la temperatura, la presión y la longitud de ondade la luz incidente, empleándose luz de sodio (línea D del sodio, 589'3 nm). Así mismo,el índice de refracción es muy sensible a las impurezas presentes en la muestra. El com-puesto orgánico debe ser destilado y realizar la determinación sobre una porción mediadel destilado.

El índice de refracción se emplea frecuentemente para determinar la composiciónde una mezcla binaria de líquidos. Previamente hay que hacer una recta de calibrado deambos líquidos (que no reacciones entre sí) mezclados en proporciones diversas y de-terminando su índice de refracción. El índice de refracción también se utiliza para seguirel curso de una destilación fraccionada cuando los puntos de ebullición de los líquidos aseparar están muy próximos entre sí.

Los refractómetros miden el ángulo máximo, en el cuál es totalmente reflejado enla interfase líquido-vidrio, un haz luminoso que atraviesa una película de líquido, pro-cedente de un prisma de vidrio, de elevado índice de refracción. Este ángulo está enrelación directa con el índice de refracción del líquido.

2.6. Determinación de Masas moleculares.

En el caso de que el punto de fusión o de ebullición y otros ensayos llevados a ca-bo, confirmen que la muestra problema es una sustancia pura, puede ser muy útil la de-terminación de su masa molecular.

Para los sólidos, las determinaciones se basan preferentemente en la elevación queexperimenta el punto de ebullición de un líquido al adicionar una porción de sólido pro-blema (ebulloscopía) o en el descenso del punto de congelación de un líquido cuandouna porción de sólido problema se disuelve en él (crioscopía). Los cálculos correspon-dientes serán:

Ebulloscopía: MG

gKmKT eee .

.1000. ==∆ ⇒

GTgK

Me

e

..1000

∆=

Crioscopía: MG

gKmKT ccc .

.1000. ==∆ ⇒

GTgK

Mc

c

..1000

∆=

Siendo: ∆Te= aumento de la temperatura de ebullición de la solución.


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∆Tc = descenso de la temperatura de congelación de la solución.Ke = constante ebulloscópica (para el agua Ke = 0'56).Kc = constante crioscópica (para el agua Kc = 1'82).g = gramos de soluto.m= molalidad de la soluciónG = gramos de disolvente.M = Masa molecular del soluto.

Otro sistema de determinación, especialmente útil en el campo de las macromolé-culas, es el osmométrico, que se basa en la diferente presión de vapor entre un líquidopuro y una disolución en éste líquido de un soluto no volátil. Si los dos líquidos están enuna cámara cerrada hay una transferencia de vapor del disolvente puro a la solución ycomo resultado de ello, el disolvente se enfría y la solución se calienta. La diferencia detemperatura en el equilibrio es minúscula, pero se detecta con ayuda de termistores muysensibles. El instrumento se calibra con una serie de soluciones de un compuesto cono-cido y con dichos patrones se determina la concentración de la disolución en la que sehalla el compuesto problema. El peso molecular se calcula a partir de estos datos.

2.7. Solubilidad. Clasificación de los compuestos orgánicos.

Resulta de un gran interés para la investigación de compuestos orgánicos efectuarunas sencillas pruebas de solubilidad que clasifican a los mismos en una serie de gruposafines.

Los ensayos de solubilidad se recopilan en los ocho grupos siguientes:

A. Solubles en agua.A.1. Solubles en éter grupo IA.2. Insolubles en éter grupo II

B. Insolubles en agua.B.1. Solubles en NaOH

B.1.1. Solubles en NaHCO3 grupo IIIB.1.2. Insolubles en NaHCO3 grupo IV

B.2. Solubles en HCl grupo VB.3. Solubles en H2SO4

B.3.1. Sin N y S grupo VIB.3.2. Con N y S grupo VII

B.4. Insolubles en H2SO4 grupo VIII

3. ANÁLISIS PREVIO Y ELEMENTAL

3.1. Estado físico, caracteres sensibles y alteración de la muestra.

Antes de proceder al análisis elemental cualitativo es de gran valor orientativoanotar todas las observaciones de la muestra, referentes a:

3.1.1. Estado físico.

En general son sólidos, líquidos o gases, los siguientes compuestos:


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Sólidos: Hidrocarburos de cadenas de más de 16 carbonos Ácidos bencenoides.Líquidos: Términos inferiores de los grupos funcionales. Hidrocarburos de cadenas de

5 a 16 carbonos. Alcoholes, aldehídos, cetonas, ácidos, ésteres.Gases: Hidrocarburos saturados hasta 4 carbonos. Hidrocarburos no saturados de

pocos carbonos. Halogenuros de metilo, etilo y propilo.

3.1.2. Color.

El color sí se debe al propio producto, aporta un dato más aunque hay que asegu-rarse de que ese color no se debe a alguna impureza o a oxidaciones atmosféricas delmismo.

Los grupos que confieren el color a la molécula se denominan cromóforos y entreellos se tienen:

C C

Etilénico

C O

Carbonilo

N N

Azo

NO

ONitro

C S

Tio

N O

Nitroso

3.1.3. Olor.

Es difícil efectuar una clasificación de olores, puesto que es un concepto muysubjetivo, pero a veces puede orientar. Es obvio que sólo los productos volátiles puedenproducir olor.

3.1.4. Calentamiento sobre la llama.

Las alteraciones que sufre una muestra al calentarla sobre la llama del mechero enuna navecilla de porcelana o espátula de níquel puede aportar otros datos de interés a lahora de la identificación definitiva:

1. Se quema dando humos negros: compuestos orgánicos con una alta relación deC/H. Insaturados, hidrocarburos aromáticos.

2. Arden con llama azul clara: hidrocarburos saturados, compuestos insaturados conoxígeno en su molécula.

3. Dejan residuos blancos o ligeramente coloreados al calentarlos fuertemente conun poco de nitrito amónico, carbonatos, sulfato u óxido.

4. Algunos producen pequeñas explosiones.5. Olor a caramelo o a azúcar quemado: hidratos de carbono,…6. Olor a chamusquina (pelo quemado): Proteínas,…

3.2. Análisis elemental cualitativo.

Este análisis consiste en determinar los elementos constituyentes de una muestraproblema. Los elementos más frecuentes son: C, H, O, N, S y halógenos, y ocasiona l-mente P, Si, B.

3.2.1. Identificación del Carbono.

Este análisis tiene por objeto distinguir un compuesto orgánico de otro inorgánico.Pueden realizarse las siguientes pruebas:


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- Carbonización. La sustancia se carboniza sobre la llama de un mechero de gas yaparecerá un residuo negro de Carbono.

- Deshidratación. Por acción de H2SO4 sobre compuestos que contengan molécu-las de agua aparecerá un residuo negro de Carbono y se desprenderán abundantes hu-mos blancos y densos de SO3.

- Oxidación. Calentando con un exceso de óxido de cobre y pasando los gases quese desprenden por agua de barita (hidróxido de bario, Ba(OH)2), si la solución se vuelvelechosa, existe carbono en el compuesto.

3.2.2. Identificación del Hidrógeno.

Calentando la muestra con CuO, el hidrógeno se transforma en agua, apareciendogotitas que pueden ser absorbidas por un deshidratante como H2SO4, CaCl2, … La apre-ciación de las gotas de agua se mejora si se hacen incidir sobre partículas de KMnO4 enpolvo, por ejemplo, para el ácido tartárico:

HOOC-CHOH-CHOH-COOH + 5 CuO → 5 Cu + 4 CO2 ↑ + 3 H2OH2O + KMnO4 → Color Violeta

3.2.3. Reconocimiento de Azufre, Nitrógeno y Halógeno.

Es necesario someter la sustancia orgánica a una fusión con sodio, en la que esteelemento se transforma en iones fácilmente identificables:

→+

NaX

NaCN

SNa

Na

X

N

S 2

ALCALINA FUSIÓN

MATERIA ORGÁNICA COMPUESTOS DE FACIL IONIZACIÓN

Para llevar a cabo este ensayo, deben tomarse las mínimas precauciones ya que elSodio produce violentas explosiones al contacto con el agua. Debe manejarse con pin-zas, efectuar el ensayo en la vitrina de gases y emplear gafas de seguridad.

El sodio se corta con una navaja y se destruyen los residuos en alcohol etílico(¡nunca en agua!). El sodio en alcohol reacciona más suavemente.

Estos compuestos de fácil ionización que se obtienen, se pueden identificar porlos métodos tradicionales de análisis inorgánico:

S= + Pb(CH3COO)2 medio acético → PbS ↓ (negro)CN− + FeSO4 → NH4[Fe(CN)6] (azul de Prusia)NaX + AgNO3 → NaNO3 + AgX ↓ (blanco)

3.2.4. Identificación del Oxígeno.

La determinación cualitativa del oxígeno es prácticamente imposible, ya que sehaya presente en la atmósfera y en el agua, enmascarando así cualquier reacción que selleve a cabo. En análisis cuantitativo puede determinarse con los equipos analíticos ocalcularse su proporción, al final del análisis de los otros compuestos, por la diferenciaentre 100 y los componentes hallados.


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3.3. Análisis elemental cuantitativo.

Con este tipo de análisis se pretende conocer el porcentaje de cada uno de loselementos presentes en la muestra (C, H, N, S, Halógenos) y de esta manera poder co-nocer la fórmula empírica.

Dos de los equipos analizadores utilizados en los laboratorios especializados deQuímica Orgánica para el análisis elemental son:

a) Microanalizador automático de C, H, N y O.b) Analizador por combustión de F, Cl, Br, I, S y P.

a) Mediante el microanalizador automático, la determinación se realiza de la fo r-ma siguiente:

• Determinación de C, H y N:C, H, O, N, X, S ↓ combustión en oxígeno (O2)

CO, CO2, H2O, NO, NO2, X2, SO2, SO3, O2

↓ oxidación completa (CuO) CO2, H2O, NO, NO2, X2, SO3, O2

↓ separación de halogenuros (Ag) AgX, Ag2SO4, O2, H2O, NO, NO2, O2

Se separan ↓ reducción (Cu) CO2, H2O, N2 productos finales

En un equipo analítico no automático:- el H2O se absorbe en un tubo con perclorato de magnesio previamente pesado

(Mg(ClO4)2).- el CO2 se absorbe sobre cal sodada (mezcla de NaOH y CaO).- el N2 se determina volumétricamente por el método Kjeldahl, en el que la

muestra se digiere con H2SO4 +Agente oxidante (KMnO4) para descomponerla sustancia y convertir el N2 en sulfato amónico. La solución se diluye, seañade álcali y el amoníaco formado se destila con vapor recogiéndolo en unacantidad conocida de ácido normal y valorándolo por titulación del exceso deácido.

• Determinación del Oxígeno:Para el análisis de oxígeno el tubo de combustión se reemplaza por un tubo de

cuarzo conteniendo carbón platinado al rojo. Se forma CO que puede medirse comofracción individual.

b) Analizador por combustión de Halógenos, Azufre y Fósforo, según Schoniger.Consiste en la combustión del compuesto orgánico en una ampolla y posterior absorciónde los productos de combustión. La determinación analítica final se hace por valoración,gravimetría u otro sistema de análisis cuantitativo.


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3.3.1. Cálculo de la fórmula empírica.

El resultado del análisis elemental cuantitativo permite establecer la fórmula em-pírica, formada por los símbolos de cada uno de los elementos componentes, a los quese les añaden los subíndices enteros más pequeños que indican la relación que existeentre ellos. Por ejemplo, un compuesto formado por carbono, hidrógeno y oxígeno cuyacomposición centesimal es 40% de C, 6'7% de H y 53'3% de O, se divide cada porcen-taje por la respectiva masa atómica:

3'316

53'3O 7'6

16'7

H 3'31240

C ======

Esta relación se puede expresar en números enteros, dividiendo por el menor delos números anteriores:

13'33'3

O 23'36'7

H 13'33'3

C ======

y la fórmula empírica será: C1H2O1.

3.3.2. Determinación de la fórmula molecular.

La fórmula empírica sólo indica la relación en que se encuentran los átomos decada elemento en la molécula. Para conocer el número de átomos de cada elemento queforman la molécula, es decir, la fórmula molecular, es necesario conocer el peso mole-cular de la sustancia en cuestión. Por ejemplo, si el peso molecular del compuesto ante-rior es 60 urna, la fórmula molecular será el múltiplo de la empírica cuyo peso se apro-xime a 60. Fórmula molecular (CH2O)n.

Mm = n.Ma(C) + 2n.Ma(H) + n.Ma(O)

60 = n.12 + 2n.1 + n.16 = 30.n → 23060

n == → C2H4O2

La fórmula molecular de un compuesto también se puede determinar mediante es-pectrofotometría de masas directamente, si se forma un ion molecular estable.

La fórmula molecular no define unívocamente a un compuesto. Un determinadonúmero de átomos, pueden unirse entre sí, de distintas formas, para dar lugar a diferen-tes compuestos. Para poder identificar unívocamente un compuesto es necesario indicarlos enlaces que existen entre los átomos que lo forman, para ello hay que conocer sufórmula estructural.

4. DETERMINACIÓN ESTRUCTURAL DE COMPUESTOS ORGÁNICOS

Para determinar la fórmula estructural, se pueden seguir dos métodos:1. Métodos químicos y2. Métodos físicos e instrumentales.

4.1. Métodos químicos.

La primera etapa de estos métodos es efectuar un ensayo de solubilidad, según elcuál (como hemos visto anteriormente) se puede asignar nuestro compuesto a uno de losocho grupos en los que se clasifican los compuestos orgánicos.


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La segunda etapa sería la caracterización del grupo funcional mediante reaccionessencillas que veremos más detalladamente.

Como tercera y última etapa tenemos la obtención de derivados sólidos y su ca-racterización.

En química orgánica se tiende a efectuar la preparación de derivados sólidos, enlos siguientes casos:

1. Cuando varios compuestos con el mismo grupo funcional tienen idénticos oaproximados valores en sus puntos de fusión o ebullición.

2. En los casos en que estos nuevos compuestos aportan datos para hacer más fácilla identificación.

3. Cuando no es fácil determinar el punto de fusión o de ebullición por descompo-nerse la sustancia o ser difícil de aislar el producto puro.

A partir de los derivados sólidos de componentes orgánicos, se obtienen unos da-tos complementarios de gran importancia, en cuanto a sus características físicas, y sepuede demostrar la semejanza en su comportamiento químico. A partir de los valoreshallados, se consulta la bibliografía y tablas al efecto, hasta dar con el componente pro-blema. Esta etapa también se puede llevar a cabo cuando ya está localizado el com-puesto y sirve como comprobación.

4.1.1. Caracterización del grupo funcional.

4.1.1.1. Hidrocarburos.

A) Hidrocarburos saturados

Se caracterizan por su poca afinidad. Los cuatro primeros son gases. Del C5 al C16

son líquidos y los superiores son sólidos. Reaccionan con el cloro a la luz solar o ultra-violeta, en una reacción de sustitución:

CH4 + Cl2 →LUZ CH3Cl + HCl

B) Hidrocarburos no saturados

Reaccionan a temperatura ambiente con Cl2 o Br2 dando una reacción de adición,sin desprender cloruro o bromuro de hidrógeno.

CH3-CH2-CH=CH2 + Br2 → CH3-CH2-CHBr-CH2Bry se observa una rápida decoloración del agua de bromo.

C) Hidrocarburos aromáticos

Por reacción con ácido nítrico, en medio sulfúrico, se produce una nitración, conun olor característico.

HC

HCCH

CH

CH

HC

+ HNO3

H2SO4HC

HCCH

CH

CHCNO2

+ H2O


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Los compuestos aromáticos pueden distinguirse también de los alifáticos, por elhumo producido al quemar una porción de la muestra problema:

Compuestos aromáticos (pocos H y muchos C) → Abundante humo.Compuestos alifáticos y otros (muchos H) → Poco humo.

D) Derivados halogenados

El orden de reaccionabilidad de los hidrocarburos halogenados es:R−I > R−Br > R−Cl > R−F

Se hace reaccionar en frío con NaI (en acetona). Si precipita se trata de un bromu-ro de alquilo primario, si no precipita, se calienta en baño a 50°C y si precipita puedeser un cloruro de alquilo o bromuro de alquilo secundario o terciario.

4.1.1.2. Alcoholes y Fenoles.

Los alcoholes resultan de la sustitución de hidrógenos de los hidrocarburos porgrupos hidroxilos (OH). Pueden ser:

R CH2OH R CHOH R' R COH R'

R"Primarios Secundarios Terciarios

Las distintas conductas de los alcoholes primarios, secundarios y terciarios, frentea algunos reactivos, permite diferenciarlos fácilmente, por ejemplo:

Alcoholes Primarios. Se oxidan a aldehídos y después a ácidos, de igual númerode átomos de carbono:

3CH3CH2CH2CH2OH + Na2Cr2O7 + 4H2SO4 → (butanol)

→ 3CH3CH2CH2CHO + Na2SO4 + Cr2(SO4)3 + 7H2O (butanal)

Alcoholes Secundarios. Se oxidan a cetonas y después a ácidos de menor númerosde átomos de carbono que el alcohol primitivo:

3CH3-CHOH-CH2-CH3 + Cr2O7= + 8H+ → 3CH3-CO-CH2-CH3 + 2Cr+3 + 7H2O

(2-butanol) (butanona)

Alcoholes terciarios. Sólo se oxidan con oxidantes enérgicos dando una mezcla decetonas y ácidos de menos número de carbonos que la cadena del alcohol:

H3C COH

CH3

CH3 + Cr2O7= + 6H+ H3C C

O

CH3 + 2Cr+3 + 5H2O + CO2

Terc-butanol Propanona

Los fenoles están constituidos por un anillo bencénico con uno o más grupos OH.Tienen mayor carácter ácido que los alcoholes y son muy solubles en agua y en álcalis.Para su reconocimiento, se llevan a cabo dos ensayos:

1º. Primer ensayo: Producen reacción coloreada con FeCl3


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CH

CH

CHC

HC

HC

OH

3 + FeCl3

CH

CH

CHC

HC

HC

O

3

Fe+3 + 3HCl

Según el fenol de que se trate aparecen distintas coloraciones.

2°. Segundo ensayo: Reaccionan con agua de bromo produciendo un precipitadoblanco:

CH

CH

CHC

HC

HC

OH

+ 3Br2

CCH

CC

C

HC

OH

+ 3HBr

BrBr

Br 2,4,6,Tribromofenol (blanco) ↓

El exceso de bromo se neutraliza con hidrogenosulfito sódico (bisulfito):NaHSO3 + HBr → H2SO3 + NaBr

4.1.1.3. Éteres.

Son compuestos que se producen por deshidratación de dos moléculas de alcohol:2CH3−CH2OH → CH3−CH2−O−CH2−CH3 + H2O

alcohol etílico éter dietílico

Se caracterizan por ser líquidos muy volátiles e inflamables. El ácido crómicooxida al éter a aldehídos o ácidos, que posteriormente habrá que reconocer por sus res-pectivas reacciones.

4.1.1.4. aldehídos y Cetonas.

Se caracterizan por poseer el grupo carbonilo C=O en el extremo de la molécula yen el interior de la molécula respectivamente:

R CO

H(Aldehído) R C R'

O

(Cetona)

Son muy reactivos debido al carácter no saturado del grupo C=O que les confierepropiedades comunes a ambos tipos de sustancias.

Los aldehídos y las cetonas hasta C10 son líquidos, excepto el formaldehído que esgas a temperatura ambiente. La solubilidad en agua disminuye al aumentar la cadenacarbonada.

Una reacción característica de aldehídos y cetonas es la reacción del yodoformo,que consiste en hacer reaccionar los aldehídos o cetonas con el yodo (I2+KI) en medioalcalino y se produce un precipitado amarillo de yodoformo:


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H3C CO

H+ 3I2 + 4NaOH CH3I + H-COONa + 3NaI + 3H2OAldehídos:

H3C CO

CH3

+ 3I2 + 4NaOH CH3I + H-COONa + 3NaI + 3H2OCetonas:

Iodoformo

Iodoformo

Para diferenciar los aldehídos de las cetonas se pueden utilizar varias reaccionesque den positivo los aldehídos y negativo con las cetonas, de las que podemos mencio-nar las siguientes:

- Con reactivo Tollens (Ag+ + OH−) los aldehídos forman el espejo de plata y las ce-tonas no.

- Con reactivo Fehling (Cu+ + OH−) los aldehídos forman un precipitado rojo deCu2O y las cetonas no.

- Por la reacción de Schiff. Si se trata la fucsina con bisulfito sódico o dióxido deazufre, se decolora. Los aldehídos vuelven de color rojo-violeta a la fucsina, mien-tras que las cetonas la mantienen incolora.

4.1.1.5. Ácidos Carboxílicos.

Se caracterizan porque poseen en el extremo de la cadena hidrocarbonada, un gru-po carboxilo (un grupo carbonilo y uno hidroxilo):

R CO

OH

Los ácidos hasta el C8 son líquidos, de olor fuerte y picante. A partir de C9 sonsólidos de aspecto grasiento.

Es significativa su irregularidad en los puntos de fusión. Los puntos de ebullicióncrecen uniformemente, al crecer la longitud de la cadena carbonada mientras que si serepresenta gráficamente los puntos de fusión frente al número de átomos de carbono, seforman dos curvas continuas, una para los ácidos de número par de átomos de carbono yotra para los de número impar.

Los ácidos orgánicos pueden reconocerse por:- su olor picante- su reacción ácida al papel indicador de pH- formación de sales- formación de ésteres con los alcoholes, de olor característico agradable (olor

a frutas). Como ejemplo de reacción de esterificación tenemos:H3C−COOH + H3C−CH2OH → H3C−COO−CH2−CH3 + H2O

acetato de etilo

4.1.1.6. Anhídridos de Ácido.

Se forman por deshidratación de los ácidos carboxílicos:2 H3C−COOH →− OH 2 H3C−CO−O−CO−CH3

Se reconocen por ser inmiscibles en agua pero forman los correspondientes ácidosen presencia de H2SO4.


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4.1.1.7. Amidas.

Se caracterizan por poseer en el extremo de la cadena carbonada hidrocarbonadaun radical amino, sobre el carbono de un grupo carbonilo.

R CO

NH2

Aunque las amidas dan unas reacciones semejantes a los nitrilos, de estructura bá-sica R-C≡N, se distinguen de éstos porque son sólidos mientras que los nitrilos son lí-quidos o sólidos de bajo punto de fusión.

Se reconocen por las reacciones siguientes:- Reacción con ácido nitroso. Se obtiene un ácido orgánico:

CH3−CONH2 + HNO2 → CH3−COOH + N2 ↑ + H2O- Reacción con una base. Por reacción con una base fuerte, como la sosa NaOH

o la potasa KOH, desprenden gas amoníaco:CH3−CONH2 + NaOH → CH3-COONa + NH3 ↑

siendo esta reacción también característica de los nitrilos.

4.1.1.8. Ésteres. Grasas. Aceites. Ceras. Jabones.

Se produce un éster al reaccionar un ácido inorgánico u orgánico con un alcohol ofenol: Acido + Alcohol →← Éster + Agua

Al proceso se le llama esterificación y se sabe que tiene lugar en mayor extensiónpara un alcohol primario que para uno secundario y en éste en mayor extensión que parauno terciario. Los ésteres son compuestos insolubles en agua y muy abundantes en lanaturaleza, de olor característico a flores y frutas. Se diferencian de las sales entre otrascosas porque no se ionizan como éstas.

Reconocimiento de ésteres. Al reaccionar un éster con un álcalis se genera un al-cohol y una sal orgánica. El alcohol se reconoce por sus ensayos característicos.

• Grasas, aceites y ceras:- Las grasas y los aceites son ésteres de la glicerina con ácidos grasos, siendo las

grasas sólidas a temperatura ambiente y los aceites son líquidos.- Las ceras se forman con un ácido graso superior y un alcohol que no es la glice-

rina, sino un alcohol superior como por ejemplo, el cetílico (C16O33OH) y otros.

La enorme variedad de grasas y aceites formados por mezclas distintas de un pe-queño número de ésteres de la glicerina, hace muy difícil su caracterización. Con talobjeto, se determinan algunas constantes, siendo las más corrientes, el índice de yodo yel de saponificación.

♦ Indice de yodo: es el número de gramos de yodo que se combinan con 100gramos de grasa. Dan una medida del grado de insaturación de la grasa.

♦ Indice de saponificación: es el número de miligramos de KOH necesarios parala saponificación de 1 gramo de grasa. Da una medida del peso de los radicales ácidosde una grasa.CH3−CH2−CH2−COO−CH2−CH3 + KOH → CH3−CH2−CH2−COOH + CH3−CH2OH

butirato de etilo potasa (exceso) ácido butírico etanol


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Una vez transcurrida la reacción, se valora el exceso de KOH con una disoluciónvalorada de HCl.

• Jabones: saponificación.El jabón se produce por hidrólisis de una grasa en presencia de un álcali y el pro-

ceso se denomina saponificación.

H2C COO-C15H31

CH2CH

COO-C15H31

COO-C15H31 + 3NaOHCH2

CHCH2

OH

OHOH

+ 3 C15H31-COONa

palmitina sosa glicerina palmitato de sodio (jabón)

4.1.1.9. Aminas.

Son compuestos obtenidos formalmente al sustituir átomos de hidrógeno del amo-níaco por radicales orgánicos. Se clasifican en:

R NH2 R NH R' R N R'

R"Primarias Secundarias Terciarias

y los radicales pueden ser alifáticos o aromáticos.

Las aminas alifáticas son gaseosas, líquidas o sólidas conforme va aumentando elnúmero de carbonos de la cadena principal de la molécula. Las aminas aromáticas sonlíquidas o sólidas y suelen tener olores característicos pero no a pescado o amoníacocomo ocurre con las alifáticas. Las aminas se pueden reconocer por el desprendimientode amoníaco que se produce al calentarlas con exceso de NaOH o KOH.

Mediante la reacción de Hinsberg (empleando cloruro de bencenosulfonilo) sepuede diferenciar las aminas primarias, las secundarias y las terciarias.

Primarias: C6H5NH2 + C6H5-SO2Cl → C6H5−SO2NH−C6H5 ↓ + HCl soluble en agua y álcali.

Secundarias: C6H5−NH−CH3 + C6H5−SO2Cl → C6H5−N−SO2−C6H5 ↓ insoluble en álcali

Terciarias: C6H5−N=(CH3)2 + C6H5−SO2Cl → No hay reacción por notener ningún H unido al nitrógeno de la amina.

4.1.1.10. Nitrilos.

Son productos derivados formalmente de los hidrocarburos, al sustituir tres áto-mos de hidrógeno por un átomo de nitrógeno.

R−C≡NSu reconocimiento se lleva a cabo por las siguientes reacciones:

- Reacción con una base y agua. Se obtiene gas amoníaco y una sal orgánica:CH3−CN + NaOH + H2O → NH3 ↑ + CH3−COONa

- Reacción con sodio metálico. Con sodio metálico se forma una amina que se pue-de identificar por sus reacciones características:

CH3−CN + Na + 2 CH3−CH2OH → CH3−CH2−NH2 + ...


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4.2. Métodos físicos o instrumentales.

Los métodos físicos de Análisis Químico o Análisis Instrumental consisten, fun-damentalmente, en la medida de una propiedad física de la muestra, relacionada total oparcialmente con la composición química. La medida de la propiedad física se puederealizar mediante técnicas operativas en muy variados campos, que, en especial, se re-sumen en los tres amplios grupos siguientes:

- Métodos electroquímicos.- Métodos basados en la emisión o absorción de radiación por la materia

(espectrofotometría).- Otros métodos que no pertenecen a los grupos anteriores.

En la identificación de compuestos orgánicos se utilizan los siguientes métodos,que corresponden a los dos últimos grupos:

• Espcctrofotometría de Absorción: Espectrofo tometría Ultravioleta.Espectrofotometría Infrarroja.Espectrofotometría de R.M.N.

• Espectrometría de Masas.

4.2.1. Espcctrofotometría de Absorción.

Consiste en medir la pérdida de intensidad que experimenta una radiación cuandoatraviesa la muestra que deseamos analizar. Para ello es necesario que la muestra pre-sente una cierta transparencia a dicha radiación.

4.2.1.1. Teoría de la absorción de luz.

Con el nombre de luz se entiende aquí, el espectro completo de la radiación elec-tromagnética, desde la región de microondas hasta los rayos γ. La energía E de una ra-diación es proporcional a la frecuencia ν de ésta: E=hν donde h es la constante dePlanck o cuanto de acción.

ESPECTRO DE

RADIACIÖN

ELECTROMAGNÉTICA


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La frecuencia ν es el número de oscilaciones por segundo que realiza la onda y esla inversa del periodo T, o tiempo que tarda en realizar una oscilación completa. La fre-cuencia es inversamente proporcional a la longitud de onda λ y está relacionada con ellamediante la velocidad de radiación electromagnética (velocidad de la luz).

Velocidad de la luz: λνλ==

Tc ⇒

λν c

=

Sustituyendo en la ecuación de la energía, (ecuación de Planck):

λν ch

hE.

. ==

Como h y c son constantes, la energía de una radiación es inversamente propor-cional a su longitud de onda, y cuanto más pequeña sea ésta, más energética será la ra-diación y viceversa.

Absorción de luz significa captación de energía por la materia del medio a lo largodel cual se transmite la radiación y puede tener lugar de tres maneras:

1. Las moléculas entran en rotación.2. Parte de una molécula, es decir, átomos aislados o grupos de átomos, vibran unos

respecto de otros.3. Un electrón de un átomo o molécula es promocionado a un nivel de energía supe-

rior.

Un átomo o molécula no puede captar cantidades cualesquiera de energía, sinosólo cuantos de energía perfectamente definida. Si el nivel inferior E0 representa el es-tado fundamental de una molécula o átomo, estos sólo pueden ocupar otros niveles biendeterminados de energía superior E1, E2, E3, ...que se llaman estados excitados. Así, porejemplo, el aporte de energía en el paso del nivel fundamental al nivel E4 vale:

0440 EEE −=∆ →

Si el átomo o molécula se hallan en un campo de radiación integrado por luz detodas las longitudes de onda, pueden absorber de tal espectro, aquellas radiaciones cu-yas longitudes de onda correspondan a una energía E=hν=hc/λ de magnitud exacta-mente igual a ∆E0→4, necesaria para la transición al estado excitado.

Como en general, son posibles varias transiciones del estado fundamental a diver-sos estados excitados, una sustancia puede absorber luz de varias longitudes de onda, ysi dicha luz se somete a la acción separadora de un prisma o una red, antes y después desu paso por la sustancia, la intensidad luminosa primitiva aparece debilitada justamentepara las longitudes de onda en que la absorción se ha producido. Se observan así, líneasde absorción más o menos intensas, cada una de las cuales corresponde al tránsito de undeterminado estado de energía a otro. Si la resolución espectral de un aparato no es sufi-cientemente grande, o si se mide la absorción de una sustancia, no en forma gaseosasino líquida o sólida, entonces sobreviene una yuxtaposición de las líneas de absorciónque conduce a la formación de bandas.

Los movimientos de rotación o vibración de una molécula o la excitación de unelectrón, exigen energías diferentes. La energía de la radiación aumenta de la región demicroondas hasta los rayos γ pasando por el infrarrojo, el visible, el ultravioleta y losrayos X.


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La pequeña energía de las microondas y del infrarrojo lejano, es suficiente paraexcitar la rotación de una molécula, pero para promover las vibraciones de un átomo ogrupo dentro de una molécula, se precisan energías del infrarrojo medio y próximo.Ahora bien, como entonces, al mismo tiempo son generalmente excitados los movi-mientos de rotación moleculares, resulta que la absorción en este dominio espectralconduce a los llamados espectros de vibración-rotación.

Para excitar saltos electrónicos se precisan energías del visible y del ultravioleta yaquí también se presentarán siempre vibraciones y rotaciones. En ciertos casos, estaenergía puede ser tan fuerte que los electrones venzan las fuerzas atractivas y abando-nen el átomo o molécula y se produzca una ionización o una reacción química.

Los componentes principales de los instrumentos destinados a medir la absorciónde luz son:

lumínica

Fuente→

intensidad

de Ajuste→

λ de

Selector→

muestras

-Porta→

radiación

Detector→

Indicador

or Registrado

4.2.1.2. Ley de Lambert-Beer.

Cuando una luz monocromática de intensidad I0 incide sobre una capa de sustan-cia, de caras paralelas, experimenta una descomposición en:

- una parte reflejada IR- una parte dispersada IS- una parte absorbida IA

- finalmente otra parte que se transmite Iy se cumple: IIIII ASR +++=0

Tratándose de soluciones diluidas puede eliminarse IR llevando a cabo una medidade comparación con disolvente puro bajo las mismas condiciones. Por su parte IS puedeeliminarse procurando una absoluta claridad. El cociente I/I0 se llama transparencia otramitancia y el logaritmo decimal de su inversa se llama extinción o absorbancia:

Transparencia: 0II

Absorbancia II0log

Para concentraciones inferiores a 10-2 mol/lit es generalmente aplicable la ley deLambert-Beer, que establece:

dcE ..ε=

siendo: ε = coeficiente de extinción o absorbancia molar.c = concentración molar de la solución.d = espesor de la capa.

Por lo general, sustancias diferentes poseen ε distintos. La ε de una mezcla secompone aditivamente de las extinciones o absorbancias relativas de las sustancias pu-ras.

Las desviaciones de esta ley se presentan:

1. Para concentraciones superiores a la indicada.


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2. Con insuficiente pureza espectral de la fuente luminosa.3. Por alteración de la sustancia disuelta al diluir.4. Por cambios del pH, de la composición del disolvente, etc.5. Por modificación de la temperatura.

4.2.1.3. Espectrofotometría en el Ultravioleta.

Generalmente; sólo absorben en el ultravioleta próximo, aquellas moléculas queposeen enlaces múltiples y dentro de éstas, las que tienen dobles enlaces conjugados yson las que originan las bandas más intensas. Los espectrogramas se presentan en papelcuadriculado especial donde en ordenadas, se representa la escala lineal de tramitancia oabsorbancia y en abscisas la escala lineal de longitudes de onda en nanómetros.

El espectrograma ultravioleta debe considerarse como un método limitado en susaplicaciones de identificación de compuestos. Es necesario disponer de unos espectrosde referencia y efectuar varias pruebas con distintos disolventes.

Existe abundante bibliografía sobre publicaciones catalogadas en las que puedenobtenerse datos de absorción UV. Se recopila todo tipo de información: nombres decompuestos, disolvente empleado, máximo de longitud de onda, absorbancia molar, etc.Este tipo de técnicas tiene más utilidad en análisis químico cuantitativo por su alta sen-sibilidad, gran selectividad, buena precisión con errores menores al 1% y facilidad ycomodidad de uso.

4.2.1.4. Espectrofotometría en el Infrarrojo.

Cuando una sustancia se somete a la acción de los rayos infrarrojos parte de laenergía luminosa se transforma en energía de vibración de las moléculas. Los átomososcilan entonces distendiendo o flexionando los enlaces. Cada tipo de enlace, según sufuerza relativa y la inercia de los átomos, absorberán a longitudes de onda de mayor omenor energía.

En los correspondientes espectrogramas aparecen:- Ordenadas: escala lineal de tramitancia en %- Abscisas: el número de onda (κ=1/λ) en cm−1.

En ellos se pueden distinguir tres zonas que corresponden a tipos distintos de vi-braciones.

Zona 1: 4000-2000 cm−1 → alargamiento o tensión.

XH

HZona 2: 2000-1200 cm−1 → torsionamiento, tijereteo o flexión.

XH

H

Zona 3: 1200-700 cm−1 → balanceo

XH

H


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El aspecto general de un espectro de absorción I.R. es totalmente distinto del U.V.puesto que en él hay una complicada dispersión de picos máximos y mínimos, pero porcomplicados y parecidos que puedan parecer dos espectros, no hay dos componentesque den el mismo espectro.

En la mayoría de los casos, la identificación de los grupos funcionales en unamolécula, no es suficiente para identificar totalmente el compuesto y debe ser compara-do el espectro total con el de otro u otros compuestos conocidos. Para ello debe dispo-nerse de extensas colecciones de espectros estándar que en las grandes industrias y cen-tros de investigación se hallan clasificados en ficheros para su rápida localización y se-lección.

Espectro infrarrojo del Ácido Benzoico.

La espectroscopía infrarroja es hasta tal punto selectiva sobre la actuación de losconstituyentes de la molécula que un espectro I.R. de una sustancia se considera comouna huella dactilar de la misma.

La técnica infrarroja es menos utilizada que la U.V. para el análisis cuantitativodebido a la complejidad de las bandas de absorción y a la dificultad de la selección delas mismas. Por tanto la espectrofotometría ultravioleta e infrarroja son dos formas deoperar que se complementan perfectamente y que en algunos casos pueden dar una ideaperfectamente clara de qué tipo de sustancia se está estudiando y cuáles son las cantida-des que se disponen de las mismas.

4.2.1.5. Espectrofotometría de Resonancia Magnética Nuclear.

Esta técnica proporciona información acerca del núcleo carbonado. La ResonanciaMagnética Nuclear se basa en el hecho de que si se somete una sustancia que contienenhidrógenos (protón con dos posibilidades de spin) a la acción de un campo magnéticode intensidad suficiente, los núcleos de hidrógeno tomarán una de las dos posiblesorientaciones de giro; aquélla, en la que su momento magnético se oriente según elcampo exterior. Por tanto suministrando a los protones una energía adecuada, se puedeconseguir que éstos pasen de la orientación preferida a la contraria, que se opone alcampo magnético. Cuanto mayor sea la intensidad del campo magnético aplicado, másacusada será la diferencia de energía para invertir el sentido de giro del protón, o sea,para que el pequeño momento magnético del protón se oponga al campo magnético.

Hemos visto que la radiación ultravioleta produce una excitación o salto de loselectrones de un nivel a otro, la radiación infrarroja provoca una rotación o vibración delos átomos individuales y de la molécula en su conjunto, mientras que en la ResonanciaMagnética Nuclear se requiere una energía o radiación más suave capaz de provocar


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una rotación de los núcleos; ésta es una radiación de radiofrecuencia (ondas de radio)que se extiende entre 100 KHz y 100 MHz.

Si el campo magnético se mantiene constante, basta ir variando la frecuencia λ delas ondas del emisor de radiofrecuencia hasta que el receptor presente una caída de ten-sión, indicando que el protón toma energía, entrando en resonancia.

En la absorción de radiación por un protón influye el llamado "medio ambiente",es decir:

- La densidad de electrones alrededor del protón (desplazamiento químico).- La presencia de otros protones cercanos (acoplamiento spin-spin).

a) Desplazamiento químico.

Los electrones que rodean al núcleo de hidrógeno tienen spin y por ello crean pe-queños campos magnéticos y el campo magnético total que realmente influye, no coin-cide con el campo magnético aplicado sino que a éste, hay que sumarle o restarle loscampos magnéticos locales, cuya magnitud y dirección dependen de la naturaleza de losátomos y de su posición. Por consiguiente, el valor del incremento de energía ∆E (y porconsiguiente, la frecuencia λ de la raya de absorción) depende de a qué grupo químicopertenezca el hidrógeno.

A fin de que los desplazamientos químicos puedan compararse entre sí, hay quereferirlos todos a un mismo pico de referencia. Como tal se ha elegido el Tetra-Metil-Silano(TMS), de fórmula (CH3)4Si que es una molécula totalmente simétrica en quetodos sus hidrógenos son equivalentes dando un solo pico muy intenso que aparece avalores del campo altos, más que ninguna otra sustancia.

Si se define el desplazamiento químico como:

( ) ( )

( )

( ) ( )

( )Aparato

TMSMuestra

Aparato

TMSMuestra

λλλ

δ−

=−

=H

HH

Este cociente es negativo pero se suele suprimir el signo y se expresa en p.p.m.Generalmente la frecuencia del aparato es 60 MHz y la λ(TMS) se toma cero, con lo que :

( ) ppm 60

Muestraλδ =

El valor de δ vale:Cero para el TMS.Está comprendido entre 0 y 10 para los protones de los grupos químicos

(algunos grupos carboxílicos tienen δ>10).


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Las señales en estos espectros aparecen como picos delgados, cuya área es pro-porcional al número de protones que produce esa señal. Los aparatos de R.M.N. realizanautomáticamente la integración de cada señal. El resultado (integral) es una línea esca-lonada y por medida gráfica de cada escalón, puede determinarse el número de protonesresponsables de cada señal.

b) Acoplamiento spin-spin.

Es la interacción que ocurre entre núcleos de átomos y da lugar a la escisión de lasseñales. El acoplamiento de un protón con n protones equivalentes vecinos, da un des-doblamiento en (n+l) señales o picos, cuyas intensidades están en proporción a los coe-ficientes del binomio de Newton (x+l)n.

Cuando un determinado protón se halla acoplado a n1 protones y n2 protones, laseñal consta de (n1+1)(n2+1) picos simétricamente distribuidos. Las señales así obteni-das se llaman, según el número de picos dupletes, tripletes cuatripletes,... o multipletescuando son muy complejas.

La RMN complementada por la espectrometría de masas, permite, en la inmensamayoría de los casos, elucidar estructuras complejas cuya identificación por métodosquímicos sería laboriosa y difícil de realizar.

4.2.2. Espectrometría de masas.

Informa sobre la masa molecular de las sustancias en estudio y si se consideranlos fragmentos de moléculas que se originan en las condiciones de trabajo del aparato,facilita la investigación de su estructura.

Básicamente consiste en bombardear con electrones, en una cámara sometida aalto vacío, las moléculas en fase de vapor, de la muestra. Como consecuencia de ello,éstas se ionizan y experimentan una serie de roturas, dando iones y partículas neutras demasa inferior. Los iones positivos así formados, entran entonces en un campo magnéti-co donde son seleccionados según su relación masa/carga eléctrica (m/e).

El espectro que se obtiene consiste en un conjunto de líneas de diferentes alturassobre una escala en unidades m/e.

Espectro de masas del Benzaldehído


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A la línea o pico más alto se le conoce como pico base. Para reproducir los espec-tros en forma de tablas o para representarlos gráficamente, se calcula la abundancia re-lativa de cada señal respecto a dicho pico.

Alrededor de los picos intensos se observan otros de menor abundancia relativaque difieren en unas pocas unidades de m/e. La intensidad de estos picos más pequeñosviene determinada por la afluencia de los isótopos.

Determinado el ion molecular se dispone de un dato analítico fundamental: la ma-sa molecular del compuesto estudiado. En general, la fórmula se obtiene por tanteo omediante el uso de tablas especiales.

BIBLIOGRAFÍA RECOMENDADA

K.Peter C.VOLLHARDT. Química Orgánica. Editorial Omega. 1990. BARCE-LONA.

Louis F.FIESER y Mary FIESER. Química Orgánica. Editorial Grijalbo. 1960.MÉJICO.

Robert T.MORRISON y Robert N.BOYD. Química Orgánica. Fondo EducativoInteramericano. 1983. MÉJICO.

Joseph A.BABOR y José IBARZ AZNÁREZ. Química General Moderna. Edito-rial Marín. 1968. BARCELONA.

Kenneth W.WHITTEN y Kenneth D.GAILEY. Química General. Nueva EditorialInteramericana, S.A. 1986. MEJICO.


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Tratamiento Didáctico----------------------------------------------------------------------------------------------------------OBJETIVOS

Conocimiento de los métodos básicos de análisis de sustancias orgánicas, para laidentificación de grupos funcionales más importantes desde el punto de vista cualitativoy cuantitativo.

Iniciación a los actuales métodos instrumentales de análisis orgánico, estudio de subase teórica e iniciación a su método operativo.UBICACION

En el sistema educativo de LOGSE, el tema no se ubica en ningún currículo de Físicay Química. No obstante, la sencillez del tema y su carácter de introducción, permitiríaubicarlo en la Química de 2°de Bachillerato.TEMPORALIZACION

Se dedicará a la exposición del tema completo, un total de 6 horas de clase, que de-berá completarse con 4 horas para actividades de laboratorio, si se dispone del materialadecuado.METODOLOGIA

Explicación teórica clara y pormenorizada, siempre acompañada de experimentos delaboratorio, por ser un tema eminentemente práctico.

El alumno deberá realizar una serie de prácticas especialmente diseñadas para laidentificación cualitativa de elementos en una sustancia orgánica desconocida.

El análisis instrumental deberá explicarse, tomando como base el funcionamiento yutilización de los propios aparatos, siempre que se disponga se ellos de lo contrario laexplicación teórica deberá hacerse más exhaustiva con interpretación de los espectro-gramas propios de cada sistema.CONTENIDOS MINIMOS

Determinación de constantes físicas: Puntos de fusión y ebullición.Cristalización y sublimación. Determinación de pesos moleculares. Solubilidad.Análisis elemental cualitativo: C, H, S, N, X.Análisis elemental cuantitativo. Determinación de C, N, H y O.Determinación de la fórmula empírica y molecular.Caracterización de Hidrocarburos.Caracterización de Alcoholes y Fenoles.Caracterización de Aldehídos y Cetonas. Caracterización de Acidos.Caracterización de Aminas.Caracterización de Esteres y Grasas.Métodos físicos de análisis orgánico.Espectrofotometrías de U.V., de I.R. y de R.M.N. Fundamentos.Espectrometría de masas.

MATERIALES Y RECURSOS DIDACTICOSMaterial general de laboratorio para prácticas: material vidrio, balanzas, productos

químicos, buretas, indicadores.Aparatos de espectrofotometría y de espectrometría de masas.Transparencias de los aspectos gráficos del tema: cadenas de reacciones, espectro-

gramas de U.V., I.R. y R.M.N.EVALUACION

Se evaluará el tema mediante ejercicios escritos que comprendan preguntas sobrecuestiones básicas del tema.

Pruebas escritas de opción múltiple, relativas a las cuestiones anteriores tendentes aevaluar la capacidad de razonamiento y evaluación de las prácticas de laboratorio.

TEMAS DE FÍSICA Y QUÍMICA (Oposiciones de Enseñanza...

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