Departamento de Bioingeniería Química Experimental (Q-1014) Profesora: Dra. Vianney González López PRÁCTICA NO 22 DETECCIÓN DE ELEMENTOS EN COMPUESTOS ORGÁNICOS OBJETIVOS. Detectar la presencia de nitrógeno, azufre y/o halógenos en un compuesto orgánico determinado mediante el método de Lassaigne o de fusión alcalina. FUNDAMENTOS TEÓRICOS La determinación de la estructura de un compuesto orgánico requiere de la detección de los elementos presentes en él. Los compuestos orgánicos contienen carbono e hidrógeno, pero también pueden estar presentes otros elementos tales como oxígeno, nitrógeno, azufre, fósforo entre otros. Generalmente a los elementos nitrógeno, azufre y halógenos se les conoce como elementos extra. Para detectar la presencia de elementos en un compuesto, éstos tienen que ser convertidos en sus formas iónicas lo cual se realiza fusionando el compuesto con sodio metálico. Los elementos extra (nitrógeno, azufre y halógenos) presentes en el compuesto son convertidos en sales solubles de sodio de acuerdo con las siguientes reacciones: Na + C + N → NaCN 2Na + S → Na2S Na + X → NaX, donde X = Cl, Br o I Las sales solubles de sodio son extraídas con agua y a tal extracto se le conoce como extracto de fusión de sodio o alcalina. Las reacciones que ocurren de manera particular con los elementos extra son las siguientes: • Nitrógeno • Azufre • Halógenos FeSO4 + 6NaCN → Na4[Fe(CN)6] + Na2SO4 3Na4[Fe(CN)6] + 2Fe2(SO4)3 → 6Na2SO4 Na2S + Na2[Fe(CN)5NO] → Na4[Fe(CN)5NOS] o bien Na2S + Pb(CH3CO2) → PbS + 2CH3CO2Na NaX + AgNO3 → AgX + NaNO3 En el caso de la detección de halógenos, se adiciona HNO3 previo a la reacción antes descrita para asegurar la eliminación de NaCN (como HCN) y Na2S (como H2S) del medio de reacción 1/5 Departamento de Bioingeniería Química Experimental (Q-1014) Profesora: Dra. Vianney González López MATERIAL Y SUSTANCIAS 7 Tubos de ensayo de 13 x 100 1 Pipeta de 1 mL 1 Perilla 1 Pinzas de tres dedos 1 Pinzas para tubo de ensayo 1 Gradilla 1 Espátula 1 Vidrio de reloj 1 Pinzas de disección 1 Embudo pequeño 2 Goteros 1 Mechero Bunsen 1 Tela de alambre con asbesto 1 Soporte universal 1 Piseta 1 Papel filtro 1 Tapón de corcho Tiras de pH Alambre de cobre Sodio (Na) metálico Metanol (alcohol metílico, CH3OH, MeOH) Sulfato ferroso (FeSO4) en polvo Ácido sulfúrico (H2SO4) 3M Acetato de plomo [Pb(CH3CO2)2, Pb(Ac)2] Ácido chorhídrico (HCl) 0.1 M Hexano (CH3CH2CH2CH2CH2CH3) Agua clorada (Solución de hipoclorito de sodio, NaOCl) Ácido nítrico (HNO3) concentrado Nitrato de plata (AgNO3) 0.1 M Muestras a analizar PROCEDIMIENTO REALIZAR LOS EXPERIMENTOS BAJO UN SISTEMA DE EXTRACCIÓN Parte A. Solución alcalina por fusión de sodio 1. Armar el sistema ilustrado en la figura 1 Figura 1. Sistema necesario para la realización de la fusión de sodio. 2/5 Departamento de Bioingeniería Química Experimental (Q-1014) Profesora: Dra. Vianney González López 2. Pesar 30 mg de la muestra y colocarlos cuidadosamente en la punta de la espátula. Reservar 3. Con ayuda de unas pinzas de disección, colocar en un tubo de ensayo de 13 x 100 mm un pequeño trozo de sodio metálico limpio (de aproximadamente 3 mm por lado) y colocar en el sistema (ver Figura 1) 4. Iniciar el calentamiento del tubo evitando que el sodio adquiera un rojo vivo o que haya reacciones bruscas. Si éstas se presentan, retirar el mechero por un instante (hasta estabilizar) y retomar el calentamiento 5. Al notar que el sodio se funde y se comienzan a formar vapores, retirar el mechero, destapar cuidadosamente el tubo y adicionar rápidamente la muestra que se encuentra en la punta de la espátula. Tapar y calentar nuevamente por 2 minutos o hasta que se observe un ligero destello dentro del tubo. Retirar el calentamiento y permitir que el tubo alcance la temperatura ambiente 6. Una vez frío, agregar una gota de MeOH y dejar reaccionar agitando constantemente. Cuando finalice la efervescencia, repetir el paso 6 hasta que se hayan adicionado 10 gotas de MeOH en total 7. Lentamente, con cuidado y sin dejar de agitar, adicionar 1 ml de agua destilada al tubo. Si se observa una reacción brusca, detener la adición de agua y reiniciar hasta que la intensidad de la reacción se reduzca 8. Con ayuda de unas pinzas para tubo de ensayo, calentar hasta ebullición agitando constantemente (Figura 2). Al hervir el líquido, enfriar un poco la solución y transferirla cuidadosamente a un tubo de ensayo de 13 x 100 mm Figura 2. 9. Agregar 1 mL de agua destilada al líquido transferido y repetir el calentamiento del tubo hasta ebullición. Al concluir, enfriar a temperatura ambiente 10. Transferir la solución con una pipeta Pasteur a un embudo de filtración al cual se le ha colocado un papel filtro y un tubo de ensayo en la base para colectar el filtrado. Enjuagar el tubo que contenía la solución con 2 ml de agua destilada y repetir el paso 10 en el mismo sistema de filtración utilizado con anterioridad 11. El líquido filtrado (correspondiente a la solución alcalina) es el que se utiliza para las siguientes pruebas Parte B. Detección de nitrógeno 1. Pesar 50 mg de FeSO4 en polvo y colocarlo en un tubo de ensayo de 13 x 100 mm 2. Adicionar 0.5 mL de la solución alcalina al tubo anterior y calentar la mezcla agitando constantemente hasta el punto de ebullición (ver Figura 2). Luego agregar – sin enfriar el tubo – por goteo H2SO4 3 M hasta la formación de un color azul oscuro (azul de Prusia) ya sea en la solución o en el precipitado lo que es indicativo de la presencia de nitrógeno 3/5 Departamento de Bioingeniería Química Experimental (Q-1014) Profesora: Dra. Vianney González López 3. Si se observa una solución verdosa, puede ser señal de una fusión de sodio incompleta (parte A) Parte C. Detección de azufre 1. En un tubo de ensayo de 13 x 100 mm, añadir una gota de la solución alcalina y una gota de solución de Pb(OAc)2. La formación de un precipitado negro o una suspensión café indica la presencia de azufre Parte D. Detección de halógenos a) Determinación de la presencia de halógenos 1. Colocar 0.5 ml de la solución alcalina en un tubo de ensayo de 13 x 100 mm y reservar 2. Con cuidado, insertar el alambre de cobre en el centro del corcho o en cualquier otro material aislante 3. En la punta expuesta del alambre, realizar un doblez en forma de espiral (Figura 3) Figura 3. Alambre de cobre insertado en el corcho con el doblez de espiral en la punta. 4. Con ayuda de un mechero, calentar el espiral del alambre de cobre hasta que el color de la flama no cambie. Mantener el calentamiento por unos segundos 5. Dejar enfriar un poco el alambre e introducirlo dentro del tubo que posee la solución alcalina (paso 1, parte D) asegurándose de que se sumerja y moje completamente el espiral y calentar de nueva cuenta en el mechero. Una flama verde es indicativo de la presencia de halógenos 6. En ciertos casos, se logran distinguir ciertas coloraciones en la llama las cuales pueden ser asignadas de la siguiente manera: verde para cloro, azul-verdoso para bromo y azul para yodo. El flúor no es detectado ya que el CuF2 formado no es volátil b) Identificación de halógenos 1. En un tubo de ensayo de 13 x 100 mm, adicionar 0.5 mL de la solución alcalina para luego agregar por goteo HCl 0.1 M hasta alcanzar un pH ácido (utilizar una tira de pH) 2. Añadir 1 mL de hexano al tubo, así como 3-5 gotas de agua clorada (cloro comercial). Agitar 3. El color de la capa de hexano es indicativo del halógeno presente: incoloro para cloro, café para bromo y violeta para yodo. El flúor no es determinado con esta prueba 4. Para reafirmar la identidad de cierto halógeno, colocar en un tubo de ensayo de 13 x 100 mm una gota de la solución alcalina, una gota de HNO3 concentrado y una gota de AgNO3 0.1 M. Un precipitado blanco es indicativo de cloro; un precipitado ligeramente amarillo es señal de bromo; un precipitado amarillo es para yodo. El flúor no es detectado ya que el AgF formado es soluble en agua 4/5 Departamento de Bioingeniería Química Experimental (Q-1014) Profesora: Dra. Vianney González López CUESTIONARIO 1. Completar la siguiente tabla de acuerdo con lo realizado y observado en la práctica Experimento Observación Posible elemento 2. A partir de las ecuaciones descritas en los fundamentos teóricos, identificar qué color formado en cada experimento corresponde a qué molécula 3. El método de Lassaigne involucra el uso de sodio metálico el cual es un elemento alcalino. ¿Se podría sustituir el sodio metálico por potasio metálico (el cual también es un elemento alcalino)? ¿Por qué? 4. La prueba descrita en la práctica para la detección de halógenos es significativa, sin embargo, no es recomendable realizarla para cloroformo (CHCl3) ni para tetracloruro de carbono (CCl4), ¿por qué? 5. Actualmente existen diversos instrumentos analíticos que permiten identificar una amplia gama de elementos. Mencionar al menos dos señalando su aplicación 6. Si una empresa que fabrica (S)-omeprazol les proporciona tal compuesto para corroborar su identidad, ¿qué pruebas de identificación de elementos de las aquí realizadas llevarían a cabo y por qué? 7. Diversas moléculas orgánicas de importancia tales como el ATP, el fosfato de oseltamivir (Tamiflú ®) o el paratión (pesticida) presentan dentro de su estructura átomos de fósforo, por lo que es de interés detectar la presencia de tal átomo. Describir una metodología cualitativa de identificación de fósforo 5/5
