Laboratorio de Química Orgánica II- QFB (1411) Semestre

Laboratorio de Química Orgánica II- QFB (1411)
Semestre 2015-1
LABORATORIO DE QUÍMICA
ORGÁNICA II
(1411) - QFB
Departamento de Química Orgánica
Facultad de Química
Universidad Nacional Autónoma de México
Año 2014
1
Laboratorio de Química Orgánica II- QFB (1411)
Semestre 2015-1
M. EN C. NORMA CASTILLO RANGEL
Coordinadora de Laboratorio de Química Orgánica II
1411-QFB
Con la colaboración de:
Guillermina Yazmín Arellano Salazar
Patricia Elizalde
Eduardo Marambio Dennett
Ana Adela Sánchez Mendoza
Héctor García Ortega
Reina García Sánchez
Año 2014
2
Laboratorio de Química Orgánica II- QFB (1411)
Semestre 2015-1
SEMANA
SESIÓN
04-08 Agosto
1
11-15 Agosto
2
18-22 Agosto
3
25-29 Agosto
4
01 – 05
Septiembre
5
08-12
Septiembre
6
15-19
Septiembre
7
22-26
Septiembre
8
29-03
Septiembre
9
06-10 Octubre
10
13-17 Octubre
11
20-24 Octubre
12
27-31 Octubre
13
ACTIVIDAD
 Reglamentos, seguridad e higiene en el laboratorio.
 Cálculos estequiométricos.
 Explicación práctica 1.
 Reacciones de sustitución nucleofílica alifática:
(SN1): Obtención de cloruro de t-butilo
(SN2): Obtención de bromuro de n-butilo
 Explicación y elaboración práctica 2.
 Reacciones de eliminación. Deshidratación de alcoholes:
Preparación de ciclohexeno
 Seminario de prácticas 1 y 2.
 Exámenes de prácticas 1 y 2.
 Explicación práctica 3.
 Reactividad del grupo carbonilo:
Identificación de aldehídos y cetonas
 Examen escrito o la identificación de una muestra problema (de
acuerdo a la disponibilidad del tiempo)
 Explicación y elaboración práctica 4.
 Reacciones de óxido-reducción:
Oxidación de n-butanol a n-butiraldehído
 Explicación y elaboración práctica 5.
 Reacciones de condensación del grupo carbonilo. Condensación
de Claisen-Schmidt:
Obtención de dibenzalacetona
 Seminario de prácticas 3, 4 y 5.
 Exámenes de prácticas 3, 4 y 5.
 Explicación y elaboración práctica 6.
 Reacciones de derivados de ácidos carboxílicos:
Obtención del ácido acetilsalicílico por medio de un proceso
de química verde
 Examen
 Explicación y elaboración práctica 7.
 Reacciones de sustitución electrofílica aromática. Nitración de
benzoato de metilo:
Obtención de 3-nitrobenzoato de metilo.
 Explicación y elaboración práctica 8.
 Reacciones de sustitución nucleofílica aromática:
a) Obtención de 2,4-dinitrofenilhidrazina.
b) Obtención de 2,4-dinitrofenilanilina.
 Seminario de prácticas 6, 7 y 8.
 Exámenes de prácticas 7 y 8.
 Práctica de reposición.
 Explicación y elaboración de la práctica de reposición.
a) Reacciones de condensación del grupo carbonilo.
Condensación de Claisen-Schmidt:
Obtención de dibenzalacetona.*
b) Prueba de nuevas prácticas.
*Solo para los grupos del día lunes se podrá reponer esta práctica.
03-07
Noviembre
14
 Entrega de calificaciones a los alumnos y a la Sección.
3
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Semestre 2015-1
PRÁCTICA
1
REACCIONES DE SUSTITUCIÓN NUCLEOFÍLICA ALIFÁTICA
OBTENCIÓN DE CLORURO DE t-BUTILO Y BROMURO DE n-BUTILO
OBJETIVOS
Obtener un haluro de alquilo terciario a partir de un alcohol terciario
mediante una reacción de sustitución nucleofílica unimolecular.
Obtener un haluro de alquilo primario a partir de un alcohol primario
mediante una reacción de sustitución nucleofílica bimolecular
Comprender el mecanismo y las reacciones que pueden competir
durante una reacción de sustitución nucleofílica.
Identificar la obtención de haluros de alquilo en el laboratorio mediante
reacciones sencillas.
INFORMACIÓN
Los haluros de alquilo son todos los compuestos de formula general R-X,
donde R es un grupo alquilo y X es un halógeno. La conversión de alcoholes en
haluros de alquilo se puede efectuar por varios procedimientos. Con los
alcoholes primarios y secundarios se usan frecuentemente reactivos como el
cloruro de tionilo o haluros de fósforo; también se pueden obtener calentando el
alcohol con ácido clorhídrico concentrado y cloruro de zinc anhidro, o usando
ácido sulfúrico concentrado y bromuro de sodio. Los alcoholes terciarios se
convierten al haluro de alquilo correspondiente sólo con ácido clorhídrico y en
algunos casos sin necesidad de calentar.
ANTECEDENTES
Sustitución nucleofílica alifática.
Reacciones de alcoholes con haluros de hidrógeno.
Utilidad industrial de la sustitución nucleofílica alifática como método de
síntesis de diferentes materias primas.
Escriba un cuadro comparativo de las reacciones SN1 y SN2 respecto a:
a) Orden de reacción
b) Estereoquímica
c) Condiciones de reacción
d) Sustrato
e) Reacciones de competencia
f) Productos y subproductos de la reacción
Propiedades físicas, químicas y toxicidad de los reactivos y productos.
4
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Semestre 2015-1
DESARROLLO EXPERIMENTAL
MATERIAL
2
1
1
1
1
1
1
3
1
1
Barras de agitación magnética
Bomba sumergible de agua
Colector
Columna Vigreaux
Embudo de separación con tapón
Espátula
Matraz bola de fondo plano de 25 mL
Matraces Erlenmeyer de 50 mL
Parrilla con agitación magnética
Pinzas para tubo de ensaye
4
1
1
1
1
1
1
4
1
1
Pinzas de tres dedos con nuez
Portatermómetro
Probeta de 10 mL
Recipiente de peltre
Refrigerante con mangueras
“T” de destilación
Termómetro de -10 a 400 °C
Tubos de ensaye
Vaso de precipitados de 100 mL
Vidrio de reloj
REACTIVOS
Ácido clorhídrico concentrado
Ácido sulfúrico concentrado
Alcohol t-butílico
Alcohol n-butílico
Bromuro de sodio
Cloruro de calcio
9 mL
5 mL
3 mL
1g
7g
1g
Etanol
Solución de bicarbonato de sodio al 10%
Solución de bromo en CCl4
Solución de hidróxido de sodio al 10 %
Solución de nitrato de plata al 5%
Sulfato de sodio anhidro
1 mL
20 mL
0.5 mL
15 mL
0.5 mL
1g
REACCIÓN SN1: SÍNTESIS DE CLORURO DE t-BUTILO.
Alcohol t-Butílico
Cloruro de t-butilo
Masa molar (g/mol)
Densidad (g/mL)
Punto de fusión o ebullición (°C)
Masa (g)
Volumen (mL)
Cantidad de sustancia (mol)
PROCEDIMIENTO
En un matraz Erlenmeyer de 50 mL colocar la barra de agitación
magnética, se adicionan 3 mL de t-butanol, 9 mL de ácido clorhídrico
concentrado y 1 g de cloruro de calcio y se mezclan con agitación vigorosa en
la parrilla durante 15 minutos. La mezcla de reacción se transfiere a un embudo
de separación.
5
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Semestre 2015-1
Se deja reposar hasta observar la separación de fases, se elimina la
fase inferior (fase acuosa), se realizan 2 lavados a la fase orgánica con 5 mL
de una solución de bicarbonato de sodio al 10%. Separar cuidadosamente y
secar con sulfato de sodio anhidro la fase orgánica.
Medir el volumen obtenido del destilado y calcule el rendimiento de la
reacción, finalmente realizar las pruebas de identificación.
REACCIÓN SN2:
Alcohol
n-Butílico
Bromuro de
n-butilo
Masa molar (g/mol)
Densidad (g/mL)
Punto de fusión o ebullición (°C)
Masa (g)
Volumen (mL)
Cantidad de sustancia (mol)
PROCEDIMIENTO
En un matraz bola de fondo plano de 25 mL colocar la barra de agitación
magnética, se adicionan 3 mL de agua, se añaden 3 g de bromuro de sodio y
se agita por unos minutos, la mezcla de reacción se coloca en un baño de hielo
y se adiciona lentamente y con cuidado 3 mL de ácido sulfúrico concentrado,
una vez terminada la adición retire el matraz del baño de hielo, se coloca la T
de destilación y se coloca el refrigerante, se coloca el termómetro y el
portatermómetro, finalmente se coloca el colector (equipo de destilación simple)
y se calienta para realizar una destilación.
Durante este proceso se puede observar el progreso de la reacción por
la aparición de dos fases. El destilado se recibe en un recipiente sumergido en
un baño de hielo. La destilación se detiene cuando se observa que el destilado
es claro y no contiene gotas aceitosas.
El destilado obtenido se lava con 5 mL de una solución de bicarbonato
de sodio al 10 % (verificar que el pH no sea ácido, de ser así se debe hacer
otro lavado), se realiza un lavado más con 5 mL de agua, la fase acuosa se
coloca en un matraz Erlenmeyer de 50 mL y se seca con sulfato de sodio
anhidro. Se mide el volumen obtenido y se determina el rendimiento de la
reacción.
6
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Semestre 2015-1
Pruebas de identificación:
1. Identificación de Halógenos: En un tubo de ensaye limpio y seco, se
colocan tres gotas del haluro obtenido, adicionar 0.5 mL de etanol y 5
gotas de solución de nitrato de plata al 5% y agitar. La prueba es
positiva si se observa la formación de un precipitado blanco insoluble en
ácido nítrico.
2. Presencia de insaturaciones: En un tubo de ensaye limpio y seco se
colocan 5 gotas del haluro obtenido, se adicionan 0.5 mL de una
solución de bromo en CCl4 y se agita, observar e interpretar los
resultados.
CUESTIONARIO
1. Clasificar los siguientes haluros de alquilo como primarios, secundarios y
terciarios.
2. En las siguientes reacciones, escriba las estructuras de los productos de
sustitución (si los hay), escriba el mecanismo bajo el cual proceden.
3. Prediga cuál de los siguientes alcoholes reaccionará más rápido frente a
HBr:
a) Alcohol bencílico
b) Alcohol p-metilbencílico
c) Alcohol p-nitrobencílico
4. Escriba el mecanismo de la reacción de sustitución nucleofílica alifática
entre el t-butanol y HCl
5. ¿Dónde se encontraba la fase orgánica cuando la separo de la mezcla
de reacción? ¿Y cuándo la lavó? ¿Cómo lo supo?
6. ¿Qué sustancias contienen los residuos de este experimento? ¿Qué
tratamiento previo se les debe de dar antes de desecharlos al drenaje?
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Semestre 2015-1
OBTENCIÓN DE CLORURO DE t-BUTILO
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Semestre 2015-1
OBTENCIÓN DEL BROMURO DE n-BUTILO
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Semestre 2015-1
BIBLIOGRAFÍA
a. Allinger, N. L., Química Orgánica 2ª edición, Reverté, Barcelona; 1984.
b. Ávila A. J. G. et al, Química Orgánica: Experimentos con un enfoque
ecológico 2ª edición, UNAM, Dirección General de Publicaciones y
Fomento Editorial, 2009.
c. Brewster, R. Q., Vanderweft, C. A. and McEwen, W. E., Curso Práctico
de Química Orgánica, Alhambra, Madrid, 1970.
d. Bruice, P. Y., Química Orgánica 5ª edición, Pearson Educación, México
2008.
e. Carey, F. A., Química Orgánica 6ª edición, McGraw-Hill Interamericana,
México, 2006.
f. Fieser, L. F., Organic Experiments 7th edition, D. C. Heath, Lexington,
Massachusetts, 1992.
g. Lehman, J. W., Operational Organic Chemistry: A Problem-Solving
Approach to the Laboratory Course 3rd edition, Prentice Hall Title, New
Jersey, 1999.
h. McMurry, J., Química Orgánica 8ª edición, Cengage Learning, México,
2012.
i. Mohring, J. R. and Neckers, D. C., Laboratory Experiments in Organic
Chemistry 2nd edition, D. van Nostrand Company, Inc., New York, 1973.
j. Morrison, R. T. y Boyd, R. N., Química Orgánica 5ª edición, AddisonWesley Iberoamericana, Boston Massachussets, 1988.
k. Pavia, D. L., Introduction to Organic Laboratory Techniques: A
Microscale Approach, Thomson Brooks/Cole. Laboratory Series for
Organic Chemistry, Belmont California, 2007.
l. Pavia, D. L., Lampman, G. M. and Kriz, G. S., Introduction to Organic
Laboratory Techniques: A Contemporary Approach, Saunders College,
Philadelphia, 1988.
m. Pine, S., Química Orgánica 2ª edición, McGraw-Hill, 1988.
n. Roberts, J. D., Modern Organic Chemistry, W. A. Benjamin, New York,
1967.
o. Solomons, T. W. G., Química Orgánica 2ª edición, Limusa-Wiley,
México, 1999.
p. Vogel, A. I., A Textbook of Practical Organic Chemistry 5 th edition,
Longmans Scientifical and Technical, New York, 1989.
q. Wade, L. G. Jr., Química Orgánica 5ª edición, Prentice Hall, España,
2004.
10
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Semestre 2015-1
PRÁCTICA
2
REACCIONES DE ELIMINACIÓN
DESHIDRATACIÓN DE ALCOHOLES: SÍNTESIS DE CICLOHEXENO.
OBJETIVOS
Preparar ciclohexeno por deshidratación catalítica de ciclohexanol.
Comprender la influencia de factores experimentales que modifican una
reacción reversible.
INFORMACIÓN
La reacción para la obtención de ciclohexeno por la deshidratación del
ciclohexanol es reversible. Esto se puede evitar de diferentes formas:
a) Si se elimina el producto del medio de la reacción a medida que esta
progresa.
b) Si se aumenta la concentración de uno o varios de los reactivos.
c) Si se aumenta o disminuye la temperatura en el sentido que se
favorezca la reacción.
Por ello, las condiciones experimentales en las que se efectúa una
reacción determinan los resultados de ésta, en cuanto a calidad y cantidad del
producto obtenido.
ANTECEDENTES
Propiedades físicas, químicas y toxicidad de reactivos y productos.
Deshidratación catalítica de alcoholes para la obtención de alquenos.
Mecanismo de reacción.
Influencia de las condiciones experimentales en la reversibilidad de una
reacción.
Reacciones de adición a nuevos enlaces.
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Semestre 2015-1
DESARROLLO EXPERIMENTAL
MATERIAL
1
1
1
1
1
1
1
1
2
1
1
Barra de agitación magnética
Bomba sumergible de agua
Colector
Columna Vigreaux
Embudo de separación con tapón
Manguera para vacío con tapón
Matraz bola de fondo plano de 25 mL
Matraz bola de 25 mL
Matraces Erlenmeyer de 50 mL
Matraz Kitasato de 50 mL con manguera
Parrilla de agitación magnética
3
1
1
1
1
1
1
2
1
1
1
Pinzas de tres dedos con nuez
Portatermómetro
Probeta de 10 mL
Recipiente de peltre
Refrigerante con mangueras
T de destilación
Termómetro de -10 a 400 °C
Tubos de ensaye
Vaso de precipitados de 50 mL
Vaso de precipitados de 100 mL
Vidrio de reloj
REACTIVOS
Solución de H2SO4/H2O 1:2
Ciclohexanol
Solución de NaHCO3 al 10%
0.5 mL
3 mL
10 mL
Solución de Br2 en CCl4
Solución de KMnO4 al 2%
Sulfato de sodio anhidro
0.5 mL
5 mL
1g
REACCIÓN
Ciclohexanol
Ciclohexeno
Masa molar (g/mol)
Densidad (g/mL)
Punto de fusión o ebullición (°C)
Masa (g)
Volumen (mL)
Cantidad de sustancia (mol)
PROCEDIMIENTO
Método A: En el matraz bola se coloca la barra de agitación magnética y
con cuidado se adicionan 3 mL de ciclohexanol y 3 mL de una solución de
H2SO4/H2O en una proporción 1:2, se monta un equipo de destilación
fraccionada como se muestra en la Figura 1. Se enciende la agitación y se
calienta la parrilla (cubrir la columna Vigreaux con fibra de vidrio para evitar
gradientes de temperatura), el destilado se recibe en un matraz Erlenmeyer de
50 mL y se colecta todo lo que destile entre 80-85 °C enfriando con un baño de
hielo.
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Semestre 2015-1
Figura 1. Destilación fraccionada
Suspender el calentamiento al aumentar la temperatura a más de 85 °C,
se deja enfriar el sistema antes de desmontarlo, se tapa el matraz bola con un
tapón y se coloca en un baño de hielo.
El producto obtenido se lava con dos veces con 5 mL de bicarbonato de
sodio al 10 % cada vez, colocar la fase orgánica en un vaso o un matraz
Erlenmeyer de 50 mL, secar con sulfato de sodio anhidro, filtrar y registrar el
volumen obtenido de ciclohexeno para calcular el rendimiento.
Método B: En un matraz bola de fondo plano de 25 mL se coloca la
barra de agitación magnética y se adicionan con cuidado 3 mL de ciclohexanol
y 3 mL de una solución de H2SO4/H2O en una proporción 1:2, se monta un
equipo de reflujo directo, Figura 2.
Se comienza la agitación y el calentamiento a temperatura de reflujo
durante 30 minutos. Se deja enfriar el sistema y se vierte en un vaso con hielo,
se separa la fase orgánica en un embudo de separación y se realizan dos
lavados con 5 mL de una solución de bicarbonato de sodio al 10% cada uno
(tomar en cuenta la densidad del ciclohexeno para no perder la fase orgánica).
La fase orgánica se coloca en un vaso de precipitados o en un matraz
Erlenmeyer de 50 mL y se seca con Na2SO4 anhidro. Medir el volumen
obtenido de producto en una probeta y calcular el rendimiento de la reacción,
comparar con los resultados del resto del grupo.
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Semestre 2015-1
Figura 2. Sistema de Reflujo
Resultados.
V (mL)
% Rendimiento
Observaciones
Método A
Método B
Pruebas de identificación:
1. Reacción con KMnO4: En un tubo de ensaye se colocan 0.5 mL de una
solución de permanganato de potasio, agregar 1 mL de ciclohexeno y
agitar. Observar e interpretar los resultados. Escribir la reacción que se
lleva a cabo.
2. Reacción con Br2/CCl4: En un tubo de ensaye se colocan 0.5 mL de
una solución de bromo en tetracloruro de carbono, se adicionan unas
gotas de ciclohexeno y agitar. Observar e interpretar los resultados.
Escribir la reacción que se lleva a cabo.
CUESTIONARIO
1. Con base en los resultados obtenidos, ¿cuál de los dos métodos es el
más eficiente para obtener el ciclohexeno? Explique por qué.
2. ¿Qué es una reacción reversible?
3. ¿Qué es una reacción irreversible?
4. ¿Qué es una reacción en equilibrio?
5. ¿Cuáles fueron los principales factores experimentales que se
controlaron en esta práctica?
6. ¿Qué debe hacer con los residuos de la reacción que se encuentran en
el matraz bola antes de desecharlos por el drenaje?
7. ¿Cuál es la toxicidad de cada uno de los productos que se forman al
realizar las pruebas de insaturación?
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Semestre 2015-1
SÍNTESIS DE CICLOHEXENO
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Semestre 2015-1
BIBLIOGRAFÍA
a. Allinger, N. L., Química Orgánica 2ª edición, Reverté, Barcelona; 1984.
b. Ávila A. J. G. et al, Química Orgánica: Experimentos con un enfoque
ecológico 2ª edición, UNAM, Dirección General de Publicaciones y
Fomento Editorial, 2009.
c. Brewster, R. Q., Vanderweft, C. A. and McEwen, W. E., Curso Práctico
de Química Orgánica, Alhambra, Madrid, 1970.
d. Bruice, P. Y., Química Orgánica 5ª edición, Pearson Educación, México
2008.
e. Carey, F. A., Química Orgánica 6ª edición, McGraw-Hill Interamericana,
México, 2006.
f. Fieser, L. F., Organic Experiments 7th edition, D. C. Heath, Lexington,
Massachusetts, 1992.
g. Lehman, J. W., Operational Organic Chemistry: A Problem-Solving
Approach to the Laboratory Course 3rd edition, Prentice Hall Title, New
Jersey, 1999.
h. McMurry, J., Química Orgánica 8ª edición, Cengage Learning, México,
2012.
i. Mohring, J. R. and Neckers, D. C., Laboratory Experiments in Organic
Chemistry 2nd edition, D. van Nostrand Company, Inc., New York, 1973.
j. Morrison, R. T. y Boyd, R. N., Química Orgánica 5ª edición, AddisonWesley Iberoamericana, Boston Massachussets, 1988.
k. Pavia, D. L., Introduction to Organic Laboratory Techniques: A
Microscale Approach, Thomson Brooks/Cole. Laboratory Series for
Organic Chemistry, Belmont California, 2007.
l. Pavia, D. L., Lampman, G. M. and Kriz, G. S., Introduction to Organic
Laboratory Techniques: A Contemporary Approach, Saunders College,
Philadelphia, 1988.
m. Pine, S., Química Orgánica 2ª edición, McGraw-Hill, 1988.
n. Roberts, J. D., Modern Organic Chemistry, W. A. Benjamin, New York,
1967.
o. Solomons, T. W. G., Química Orgánica 2ª edición, Limusa-Wiley,
México, 1999.
p. Vogel, A. I., A Textbook of Practical Organic Chemistry 5 th edition,
Longmans Scientifical and Technical, New York, 1989.
q. Wade, L. G. Jr., Química Orgánica 5ª edición, Prentice Hall, España,
2004.
16
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Semestre 2015-1
PRÁCTICA
3
REACTIVIDAD DEL GRUPO CARBONILO
IDENTIFICACIÓN DE ALDEHÍDOS Y CETONAS
OBJETIVOS:
Identificar el grupo carbonilo de aldehídos y cetonas.
Distinguir entre un aldehído y una cetona por medio de reacciones
características y fáciles de llevar a cabo en el laboratorio.
INFORMACIÓN
El grupo carbonilo en aldehídos y cetonas reacciona con derivados del
amoniaco produciendo compuestos sólidos de punto de fusión definido, esto
permite caracterizarlos cualitativamente.
El grupo carbonilo de aldehídos se oxida fácilmente y el de las cetonas
no se oxida, esta diferencia en la reactividad permite diferenciar estos
compuestos que contienen un grupo carbonilo.
Las -hidroxicetonas, así como los azúcares reductores, reaccionan de
manera semejante a los aldehídos, por ello se deben hacer más pruebas para
su correcta identificación.
La prueba del haloformo permite que las metilcetonas, los metilalcoholes
y el acetaldehído den una reacción positiva.
ANTECEDENTES
Propiedades físicas, químicas y toxicidad de reactivos y productos.
Reacciones de identificación de aldehídos.
Reacciones de identificación de cetonas.
DESARROLLO EXPERIMENTAL
MATERIAL
1
1
1
1
1
1
1
1
Agitador de vidrio
Embudo Hirsch con alargadera
Embudo de filtración rápida
Espátula
Gradilla
Matraz Erlenmeyer de 50 mL
Matraz Kitasato de 50 mL con manguera
Pinzas para tubo de ensaye
1
1
1
1
1
20
1
1
Pinzas de tres dedos con nuez
Pipeta graduada de 5 mL
Probeta graduada de 10 mL
Recipiente de peltre
Recipiente eléctrico para baño María
Tubos de ensaye
Vaso de precipitado de 100 mL
Vidrio de reloj
17
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Semestre 2015-1
REACTIVOS
Acetona destilada de KMnO4
Acetofenona
Benzaldehído
2-Butanona
Dioxano
Etanol
Formaldehído
HNO3 concentrado
H2SO4 concentrado
1 mL
1g
1 mL
1g
1 mL
5 mL
1 mL
3 mL
3 mL
Metilisobutilcetona
Propionaldehído
Solución de ácido crómico
Solución de AgNO3 al 5 %
Solución de 2,4-Dinitrofenilhidrazina
Solución de NaOH al 10 %
Solución de NH4OH al 5 %
Solución de yodo/yoduro de potasio
5 mL
1 mL
1 mL
1 mL
5 mL
5 mL
3g
5 mL
PROCEDIMIENTO
Es importante que antes de llevar a cabo cada prueba, los tubos de
ensaye y el material a emplear estén limpios, no exceder las cantidades
mencionadas en cada experimento para no tener falsos positivos y
finalmente tener cuidado de no contaminar los reactivos a usar.
Cada alumno podrá elegir para trabajar un aldehído aromático, un
aldehído alifático una cetona aromática y una cetona alifática de entre las
muestras disponibles para realizar todas las pruebas a cada sustancia,
posteriormente se le podrá entregar una muestra problema si el profesor lo
considera conveniente.
a) Reacción de identificación del grupo carbonilo
Preparación de 2,4-dinitrofenilhidrazonas de aldehídos y cetonas.
Se disuelve 0.1 g o 0.1 mL (2 gotas) del compuesto en 1 mL de etanol,
se adiciona 1 mL de una disolución de 2,4-dinitrofenilhidrazina y se calienta en
un baño de agua durante 5 minutos, se deja enfriar y se induce la cristalización
al adicionar unas gotas de agua y enfriando en un baño de hielo.
La aparición de un precipitado indica una prueba positiva y se puede
confirmar la presencia de un grupo carbonilo. El precipitado formado se filtra al
vacío y se determina el punto de fusión o descomposición y consultar la tabla
de derivados.
Tabla de puntos de fusión de derivados de 2,4-dinitrofenilhidrazina.
18
Laboratorio de Química Orgánica II- QFB (1411)
Semestre 2015-1
Compuesto
Acetona
Acetofenona
2-Butanona
Metilisobutilcetona
Benzaldehído
Formaldehído
Propionaldehído
2,4-Dinitrofenilhidrazona pf (°C)
126
117
237
b) Ensayo con ácido crómico
Reacción positiva con aldehídos e hidroxicetonas y negativa para cetonas.
Se disuelven 2 gotas o 100 mg del aldehído en 1 mL de acetona (la
acetona debe ser pura para análisis o de preferencia que haya sido destilada
de KMnO4), Se añaden 0.5 mL de la solución de ácido crómico recién
preparada. Un resultado positivo será la formación de un precipitado verde o
azul de sales de cromo.
Con los aldehídos alifáticos la disolución se vuelve turbia en 5 segundos y
aparece un precipitado verde oscuro en unos 30 segundos. Los aldehídos
aromáticos requieren por lo general de 30 a 90 segundos para la formación del
precipitado.
c) Reacción de Tollens para identificación de aldehídos
SE EFECTÚA SOLO EN CASO DE OBTENER PRUEBA POSITIVA CON
ÁCIDO CRÓMICO PARA EVITAR FALSOS POSITIVOS.
Este reactivo debe usarse recién preparado por cada alumno.
19
Laboratorio de Química Orgánica II- QFB (1411)
Semestre 2015-1
En un tubo de ensaye limpio se colocan 2 gotas de disolución de nitrato
de plata al 5%, justo hasta el punto en que se disuelva el óxido de plata que se
precipitó, evitando cualquier exceso (aproximadamente 2.5 mL).
Al reactivo recién preparado se agregan 0.1 g o 2 gotas de la sustancia,
se agita y se calienta en un baño de agua brevemente. La aparición de un
espejo de plata indica prueba positiva. Una vez terminada la prueba, el tubo de
ensayo deberá limpiarse con ácido nítrico.
d) Prueba del yodoformo
Reacción positiva para metilcetonas y alcoholes precursores del tipo
estructural R-CH-(OH)-CH3, (R=H, alquilo o arilo). El único aldehído que da
prueba positiva es el acetaldehído.
En un tubo de ensaye se colocan 0.1 g o de 2 a 3 gotas de la muestra,
agregue 2 mL de agua y si la muestra no es soluble en ella se adiciona 1 mL de
dioxano. Se añade 1 mL de disolución de NaOH al 10% y después con
agitación constante se agrega gota a gota de 1-3 mL de una disolución yodoyodurada hasta que el color café oscuro del yodo persista.
La mezcla se calienta en un baño de agua durante dos minutos, si en
este tiempo el color café desaparece, se adicionan unas gotas más de la
disolución yodo-yoduro de potasio hasta lograr que el color no desaparezca
después de 2 minutos de calentamiento.
La disolución se decolora agregando de 3 a 4 gotas de sosa al 10%, se
adiciona agua hasta casi llenar el tubo y se deja reposar en un baño de hielo.
Al observase la formación de un precipitado amarillo correspondiente al
yodoformo indica que la prueba es positiva.
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Semestre 2015-1
Complete el siguiente cuadro indicando los resultados obtenidos.
Tabla de resumen de resultados.
Reacción con 2,4dinitrofenilhidrazina
pf (°C) de derivado
Reacción
con ácido
crómico
Reacción
de
Tollens
Reacción
del
yodoformo
Aldehído
alifático
Aldehído
aromático
Cetona
alifática
Cetona
aromática
Problema
CUESTIONARIO
1.
2.
3.
4.
5.
¿Cómo identificó el grupo carbonilo en aldehídos y cetonas?
Escriba la reacción que permitió hacer dicha identificación.
¿Cómo se diferenció a un aldehído de una cetona?
Escriba la(s) reacción (es) que permitieron diferenciar uno de otro.
¿En qué consiste la reacción del haloformo y en qué casos se lleva a
cabo?
6. Escriba la reacción anterior.
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Semestre 2015-1
22
Laboratorio de Química Orgánica II- QFB (1411)
Semestre 2015-1
BIBLIOGRAFÍA
a. Allinger, N. L., Química Orgánica 2ª edición, Reverté, Barcelona; 1984.
b. Ávila A. J. G. et al, Química Orgánica: Experimentos con un enfoque
ecológico 2ª edición, UNAM, Dirección General de Publicaciones y
Fomento Editorial, 2009.
c. Brewster, R. Q., Vanderweft, C. A. and McEwen, W. E., Curso Práctico
de Química Orgánica, Alhambra, Madrid, 1970.
d. Bruice, P. Y., Química Orgánica 5ª edición, Pearson Educación, México
2008.
e. Carey, F. A., Química Orgánica 6ª edición, McGraw-Hill Interamericana,
México, 2006.
f. Fieser, L. F., Organic Experiments 7th edition, D. C. Heath, Lexington,
Massachusetts, 1992.
g. Lehman, J. W., Operational Organic Chemistry: A Problem-Solving
Approach to the Laboratory Course 3rd edition, Prentice Hall Title, New
Jersey, 1999.
h. McMurry, J., Química Orgánica 8ª edición, Cengage Learning, México,
2012.
i. Mohring, J. R. and Neckers, D. C., Laboratory Experiments in Organic
Chemistry 2nd edition, D. van Nostrand Company, Inc., New York, 1973.
j. Morrison, R. T. y Boyd, R. N., Química Orgánica 5ª edición, AddisonWesley Iberoamericana, Boston Massachussets, 1988.
k. Pavia, D. L., Introduction to Organic Laboratory Techniques: A
Microscale Approach, Thomson Brooks/Cole. Laboratory Series for
Organic Chemistry, Belmont California, 2007.
l. Pavia, D. L., Lampman, G. M. and Kriz, G. S., Introduction to Organic
Laboratory Techniques: A Contemporary Approach, Saunders College,
Philadelphia, 1988.
m. Pine, S., Química Orgánica 2ª edición, McGraw-Hill, 1988.
n. Roberts, J. D., Modern Organic Chemistry, W. A. Benjamin, New York,
1967.
o. Solomons, T. W. G., Química Orgánica 2ª edición, Limusa-Wiley,
México, 1999.
p. Vogel, A. I., A Textbook of Practical Organic Chemistry 5 th edition,
Longmans Scientifical and Technical, New York, 1989.
q. Wade, L. G. Jr., Química Orgánica 5ª edición, Prentice Hall, España,
2004.
23
Laboratorio de Química Orgánica II- QFB (1411)
Semestre 2015-1
PRÁCTICA
4
REACCIONES DE ÓXIDO-REDUCCIÓN
REDUCCIÓN DE n-BUTANOL A n-BUTIRALDEHÍDO
OBJETIVOS
Ejemplificar un método para obtener aldehídos alifáticos mediante la
oxidación de alcoholes.
Formar un derivado sencillo de aldehído para caracterizarlo.
INFORMACIÓN
La oxidación de alcoholes a aldehídos o cetonas es una reacción muy
útil. El ácido crómico y diversos complejos de CrO3 son los reactivos más útiles
en los procesos de oxidación en el laboratorio.
En el mecanismo de eliminación con ácido crómico se forma inicialmente
un éster crómico, el cual, después experimenta una eliminación 1,2
produciendo el enlace doble del grupo carbonilo.
Los aldehídos son compuestos con punto de ebullición menor que el de
los alcoholes y de los ácidos carboxílicos con masa molar semejantes.
ANTECEDENTES
Oxidación. Diferentes agentes oxidantes. Acción sobre alcoholes y grupo
carbonilo de aldehídos y cetonas.
Métodos de obtención de aldehídos y cetonas.
Propiedades físicas, químicas y toxicidad de reactivos y productos.
Principales derivados de aldehídos y cetonas usados para su
caracterización (reactivos y reacciones).
DESARROLLO EXPERIMENTAL
MATERIAL
1
1
1
1
1
1
1
3
1
2
Barra de agitación magnética
Bomba sumergible de agua
Colector
Columna Vigreaux
Embudo de adición con tapón
Espátula
Matraz bola fondo plano de dos bocas de 50 mL
Matraces Erlenmeyer de 50 mL
Parrilla con agitación magnética
Pinzas de tres dedos con nuez
1
1
1
1
1
1
1
3
1
1
Pinzas para tubo de ensaye
Portatermométro
Probeta graduada de 10 mL
Recipiente de peltre
Refrigerante con mangueras
T de destilación
Termómetro de -10 a 400 °C
Tubos de ensaye
Vaso de precipitados de 100 mL
Vidrio de reloj
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Laboratorio de Química Orgánica II- QFB (1411)
Semestre 2015-1
REACTIVOS
Ácido sulfúrico concentrado
n-Butanol
Dicromato de potasio
2 mL
1.6 mL
1.9 g
Disolución de 2,4-Dinitrofenil hidrazina
Etanol
Solución de ácido crómico
0.5 mL
2 mL
1 mL
REACCIÓN
n-Butanol
n-Butiraldehído
Masa molar (g/mol)
Densidad (g/mL)
Punto de fusión o ebullición (°C)
Masa (g)
Volumen (mL)
Cantidad de sustancia (mol)
PROCEDIMIENTO
A un matraz bola fondo plano de dos bocas de 50 mL se adapta un
embudo de adición por una de las bocas y por la otra un sistema de destilación
fraccionada. Se adicionan 1.6 mL de n-butanol al matraz y una barra de
agitación magnética.
En un vaso de precipitados se disuelven 1.2 g de dicromato de potasio
dihidratado en 12 mL de agua, se añade a esta solución cuidadosamente y con
agitación 1 mL de ácido sulfúrico concentrado (¡PRECAUCIÓN! La reacción es
exotérmica. Cuando la disolución se enfría el dicromato de potasio se cristaliza,
de ser así, se calienta un poco la disolución y se coloca en el embudo de
separación con la disolución caliente).
El n-butanol se calienta a ebullición y se adiciona, gota a gota, la
disolución de dicromato de potasio-ácido sulfúrico durante un periodo de 15
minutos (más o menos dos gotas por segundo) de manera que la temperatura
en la parte superior de la columna Vigreaux no exceda de 80-85 °C (la
oxidación del alcohol se efectúa con producción de calor, pero puede ser
necesario calentar la mezcla de vez en cuando para que no baje la temperatura
de 75 °C).
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Laboratorio de Química Orgánica II- QFB (1411)
Semestre 2015-1
Una vez que se ha añadido todo el agente oxidante se continúa
calentando la mezcla de reacción por 15 minutos más y se colecta la fracción
que destila por debajo de los 90 °C en un matraz Erlenmeyer de 50 mL que
debe estar en un baño de hielo.
El destilado obtenido se coloca en un embudo de separación (limpio), la
fase acuosa se decanta y se mide el volumen del n-butiraldehído obtenido para
calcular el rendimiento de la reacción.
En un tubo de ensaye se colocan dos gotas del producto obtenido y se
adicionan 0.5 mL de una disolución de 2,4-dinitrofenilhidrazina y se agita
vigorosamente, se deja reposar hasta observar el precipitado derivado del
aldehído, el cual se puede purificar por recristalización de etanol-agua. El punto
de fusión reportado para la 2,4-dinitrofenilhidrazona del n-butiraldehído es de
122 °C.
CUESTIONARIO
1. ¿Cuál es la finalidad de hacer la mezcla de dicromato de potasio, agua y
ácido sulfúrico?
2. ¿Cómo evita que el n-butiraldehído obtenido en el experimento se oxide
al ácido butírico?
3. ¿Cómo se puede comprobar la obtención del n-bitiraldehído en la
práctica?
4. ¿Cómo deben desecharse los residuos de sales de cromo?
26
Laboratorio de Química Orgánica II- QFB (1411)
Semestre 2015-1
OXIDACIÓN DE n-BUTANOL A n-BUTIRALDEHÍDO
27
Laboratorio de Química Orgánica II- QFB (1411)
Semestre 2015-1
BIBLIOGRAFÍA
a. Allinger, N. L., Química Orgánica 2ª edición, Reverté, Barcelona; 1984.
b. Ávila A. J. G. et al, Química Orgánica: Experimentos con un enfoque
ecológico 2ª edición, UNAM, Dirección General de Publicaciones y
Fomento Editorial, 2009.
c. Brewster, R. Q., Vanderweft, C. A. and McEwen, W. E., Curso Práctico
de Química Orgánica, Alhambra, Madrid, 1970.
d. Bruice, P. Y., Química Orgánica 5ª edición, Pearson Educación, México
2008.
e. Carey, F. A., Química Orgánica 6ª edición, McGraw-Hill Interamericana,
México, 2006.
f. Fieser, L. F., Organic Experiments 7th edition, D. C. Heath, Lexington,
Massachusetts, 1992.
g. Lehman, J. W., Operational Organic Chemistry: A Problem-Solving
Approach to the Laboratory Course 3rd edition, Prentice Hall Title, New
Jersey, 1999.
h. McMurry, J., Química Orgánica 8ª edición, Cengage Learning, México,
2012.
i. Mohring, J. R. and Neckers, D. C., Laboratory Experiments in Organic
Chemistry 2nd edition, D. van Nostrand Company, Inc., New York, 1973.
j. Morrison, R. T. y Boyd, R. N., Química Orgánica 5ª edición, AddisonWesley Iberoamericana, Boston Massachussets, 1988.
k. Pavia, D. L., Introduction to Organic Laboratory Techniques: A
Microscale Approach, Thomson Brooks/Cole. Laboratory Series for
Organic Chemistry, Belmont California, 2007.
l. Pavia, D. L., Lampman, G. M. and Kriz, G. S., Introduction to Organic
Laboratory Techniques: A Contemporary Approach, Saunders College,
Philadelphia, 1988.
m. Pine, S., Química Orgánica 2ª edición, McGraw-Hill, 1988.
n. Roberts, J. D., Modern Organic Chemistry, W. A. Benjamin, New York,
1967.
o. Solomons, T. W. G., Química Orgánica 2ª edición, Limusa-Wiley,
México, 1999.
p. Vogel, A. I., A Textbook of Practical Organic Chemistry 5 th edition,
Longmans Scientifical and Technical, New York, 1989.
q. Wade, L. G. Jr., Química Orgánica 5ª edición, Prentice Hall, España,
2004.
28
Laboratorio de Química Orgánica II- QFB (1411)
Semestre 2015-1
PRÁCTICA
5
REACCIONES DE CONDENSACIÓN DEL GRUPO CARBONILO
CONDENSACIÓN DE CLAISEN-SCHMIDT: OBTENCIÓN DE
DIBENZALACETONA
OBJETIVOS
Efectuar una reacción de condensación aldólica cruzada dirigida.
Obtener un producto de uso comercial.
INFORMACIÓN
Los aldehídos y las cetonas con hidrógenos en el carbono alfa al grupo
carbonilo sufren reacciones de condensación aldólica debido a que son ácidos.
La reacción que se da entre dos grupos carbonilos diferentes se llama
aldólica cruzada. Un problema de este tipo de reacciones es que se producen
mezclas de productos por lo cual su utilidad sintética disminuye, no obstante,
las reacciones de condensación entre cetonas y aldehídos no enolizables
producen un solo producto (condensaciones aldólicas cruzadas dirigidas).
ANTECEDENTES
Reacciones de condensación aldólica.
Reacciones de condensación aldólica cruzada y condensación cruzada y
dirigida.
Usos de la dibenzalacetona.
Propiedades físicas, químicas y toxicidad de los reactivos y productos.
DESARROLLO EXPERIMENTAL
MATERIAL
1
1
1
1
1
2
1
3
1
Barra de agitación magnética
Embudo Hirsch con alargadera
Embudo de filtración rápida
Espátula
Frasco para cromatografía
Frascos viales
Matraces Erlenmeyer de 10 mL
Matraz Erlenmeyer de 50 mL
Matraz Kitasato de 50 mL con manguera
1
1
1
1
2
1
1
1
1
Parrilla con agitación magnética
Pinzas de tres dedos con nuez
Pipeta graduada de 5 mL
Probeta graduada de 10 mL
Portaobjetos
Recipiente de peltre
Vasos de precipitados de 10 mL
Vasos de precipitados de 100 mL
Vidrio de reloj
29
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Semestre 2015-1
REACTIVOS
Acetato de etilo
Acetona
Benzaldehído
Cromatofolios
Etanol
10 mL
8g
1.25 mL
2
40 mL
Hexano
NaOH
Yodo
Solución de HCl 1:1
3 mL
0.5 g
0.01 g
3 mL
REACCIÓN
Benzaldehído
Acetona
Dibenzalacetona
Masa molar (g/mol)
Densidad (g/mL)
Punto de fusión
o ebullición (°C)
Masa (g)
Volumen (mL)
Cantidad de sustancia
(mol)
PROCEDIMIENTO
En un matraz Erlenmeyer de 10 mL se colocan 0.5 g de NaOH, 5 mL de
agua y 4 mL de etanol. Se adiciona, poco a poco y con agitación constante 0.5
mL de benzaldehído y finalmente 0.25 mL de acetona (2 gotas
aproximadamente). Se continúa con la agitación durante 20-30 minutos más,
manteniendo la temperatura entre 20-25 °C usando baños de agua fría si es
necesario.
Una vez transcurrido el tiempo se filtra el precipitado, se lava con agua
fría, se seca y se recristaliza de etanol (si al recristalizar la solución se torna de
un color rojo-naranja, se adiciona ácido clorhídrico diluido 1:1 hasta pH  7. Se
pesa, se determina el punto de fusión y se realiza una cromatografía en capa
fina comparando la materia prima y el producto.
Los productos obtenidos por condensación aldólica sufren reacciones de
eliminación. La acetona no se polimeriza pero se condensa en condiciones
especiales, dando productos que pueden considerarse como derivados de una
reacción de eliminación.
30
Laboratorio de Química Orgánica II- QFB (1411)
Semestre 2015-1
Datos de la cromatografía en capa fina:
Eluyente: Hexano/AcOEt 3:1
Revelador: I2 o luz UV
CUESTIONARIO
1. ¿Por qué debe adicionar primero el benzaldehído y después la acetona
a la mezcla de reacción?
2. ¿Por qué se obtiene un solo producto y no una mezcla de productos en
la reacción realizada en el laboratorio?
3. ¿Por qué se obtiene como producto final el compuesto α, β-insaturado y
no el aldol?
4. ¿Por qué la solución no debe estar alcalina al recristalizar?
OBTENCIÓN DE DIBENZALACETONA
31
Laboratorio de Química Orgánica II- QFB (1411)
Semestre 2015-1
BIBLIOGRAFÍA
a. Allinger, N. L., Química Orgánica 2ª edición, Reverté, Barcelona; 1984.
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d. Bruice, P. Y., Química Orgánica 5ª edición, Pearson Educación, México
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g. Lehman, J. W., Operational Organic Chemistry: A Problem-Solving
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h. McMurry, J., Química Orgánica 8ª edición, Cengage Learning, México,
2012.
i. Mohring, J. R. and Neckers, D. C., Laboratory Experiments in Organic
Chemistry 2nd edition, D. van Nostrand Company, Inc., New York, 1973.
j. Morrison, R. T. y Boyd, R. N., Química Orgánica 5ª edición, AddisonWesley Iberoamericana, Boston Massachussets, 1988.
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2004.
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Laboratorio de Química Orgánica II- QFB (1411)
Semestre 2015-1
PRÁCTICA
6
REACCIONES DE DERIVADOS DE ÁCIDOS CARBOXÍLICOS
OBTENCIÓN DEL ÁCIDO ACETILSALICÍLICO POR MEDIO DE UN
PROCESO DE QUÍMICA VERDE
OBJETIVOS
Efectuar la síntesis de un derivado de un ácido carboxílico como lo es un
éster.
Sintetizar ácido acetilsalicílico por un proceso de química verde.
INFORMACIÓN
El ácido acetilsalicílico es una droga maravillosa por excelencia. Se
utiliza ampliamente como analgésico (para disminuir el dolor) y como
antipirético (para bajar la fiebre). También reduce la inflamación y aún es capaz
de prevenir ataques cardiacos. No obstante que para algunas personas
presenta pocos efectos laterales, se le considera lo bastante segura para ser
vendida sin prescripción médica. Debido a que es fácil de preparar, la aspirina
es uno de los fármacos disponibles menos costosos. Es producida en grandes
cantidades, de hecho, la industria farmoquímica produce cerca de 200
toneladas de este fármaco cada año.
El objetivo de la química verde es desarrollar tecnologías químicas
benignas al medio ambiente, utilizando en forma eficiente las materias primas
(de preferencia renovables) eliminando la generación de desechos y evitando
el uso de reactivos y disolventes tóxicos y/o peligrosos en la manufactura y
aplicación de productos químicos.
ANTECEDENTES
Reacciones de los fenoles.
Acilación de fenoles.
Acidez de los fenoles.
Formación de ésteres a partir de fenoles.
Reacciones de fenoles con anhídridos de ácidos carboxílicos.
Objetivo de la química verde.
Principios fundamentales de la química verde.
Propiedades físicas, químicas y toxicidad de reactivos y productos.
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Laboratorio de Química Orgánica II- QFB (1411)
Semestre 2015-1
DESARROLLO EXPERIMENTAL
MATERIAL
1
1
1
1
1
1
3
1
Agitador de vidrio
Barra de agitación magnética
Embudo Hirsch con alargadera
Embudo de filtración rápida
Espátula
Matraz Erlenmeyer de 10 mL
Matraces Erlenmeyer de 50 mL
Matraz Kitasato de 50 mL con manguera
1
1
1
1
1
1
1
1
Parrilla con agitación magnética
Pinza de tres dedos con nuez
Pipeta graduada de 5 mL
Probeta graduada de 10 mL
Recipiente de peltre
Vaso de precipitados de 10 mL
Vaso de precipitados de 100 mL
Vidrio de reloj
REACTIVOS
Ácido clorhídrico al 50%
Ácido salicílico
Anhídrido acético
Carbonato de sodio
10 mL
0.3 g
1 mL
2g
Hidróxido de potasio
NaOH
Solución de FeCl3 al 3%
0.5 g
0.5 g
1 mL
REACCIÓN
Ácido
salicílico
Anhídrido
acético
Ácido
acetilsalicílico
Masa molar (g/mol)
Densidad (g/mL)
Punto de fusión o
ebullición (°C)
Masa (g)
Volumen (mL)
Cantidad de sustancia (mol)
PROCEDIMIENTO
En un vaso de precipitados de 10 mL se colocan 0.2 g (1.5 mmol) de
ácido salicílico y 0.4 mL (0.37 g, 3.6 mmol) de anhídrido acético. Con un
agitador de vidrio se mezclan bien los reactivos. Al observarse una mezcla
homogénea se adiciona 1 lenteja de NaOH (o bien 1 lenteja de KOH o 0.85 g
de carbonato de sodio) previamente molidas y se agita nuevamente la mezcla
con el agitador de vidrio por 10 minutos.
34
Laboratorio de Química Orgánica II- QFB (1411)
Semestre 2015-1
Se adicionan lentamente 0.5 mL de agua destilada y posteriormente una
disolución de ácido clorhídrico al 50 % hasta que el pH de la disolución sea de
3. La mezcla se deja enfriar en un baño de hielo, el producto crudo se aísla por
una filtración al vacío, los cristales de ácido acetilsalicílico se lavan con agua
fría (es importante que esté fría, de lo contrario el ácido acetilsalicílico se puede
disolver nuevamente). Se determina el rendimiento y el punto de fusión.
PRUEBA DE PUREZA
En un tubo de ensaye se coloca una pequeña cantidad del producto
obtenido y en otro tubo de ensaye una pequeña cantidad de las aguas de
lavado. Se agrega a ambas muestras 1 mL de agua destilada, posteriormente
se agregan 1 ó 2 gotas de una solución de cloruro férrico al 3 %.
La prueba es positiva para fenoles si se observa un color de azul a
morado (muy sensible). En el caso de la práctica, demuestra la presencia de
ácido salicílico sin reaccionar, esto se debe principalmente a que al hacer la
reacción en muchas ocasiones queda ácido sin reaccionar en las paredes del
vaso. Si la reacción se hace inclinando el vaso de precipitados de tal manera
que los reactivos queden juntos, la prueba final para el sólido es negativa.
Si el trabajo realizado no es adecuado y queda mucha materia prima sin
reaccionar, no importa cuánto se lave el producto, la prueba siempre será
positiva
CUESTIONARIO
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Escriba la reacción efectuada y proponga un mecanismo para la misma.
¿Para qué se utiliza la base en la reacción?
¿Para qué se utiliza el anhídrido acético?
¿Se podría utilizar cloruro de acetilo en lugar del anhídrido acético?
¿Por qué este experimento se considera un proceso de química verde?
¿Con qué finalidad se lleva a cabo la prueba de pureza que se realiza al
finalizar la práctica?
7. ¿Cuáles son los residuos que se obtienen al realizar esta prueba de
pureza (D2)?
35
Laboratorio de Química Orgánica II- QFB (1411)
Semestre 2015-1
OBTENCIÓN DE ÁCIDO ACETILSALICÍLICO
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Semestre 2015-1
BIBLIOGRAFÍA
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d. Bruice, P. Y., Química Orgánica 5ª edición, Pearson Educación, México
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g. Lehman, J. W., Operational Organic Chemistry: A Problem-Solving
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2004.
37
Laboratorio de Química Orgánica II- QFB (1411)
Semestre 2015-1
PRÁCTICA
7
REACCIONES DE SUSTITUCIÓN ELECTROFÍLICA AROMÁTICA
NITRACIÓN DEL BENZOATO DE METILO
OBJETIVOS
Conocer una reacción de sustitución electrofílica aromática y aplicar los
conceptos de la sustitución al desarrollo experimental de la nitración del
benceno.
Utilizar las propiedades de los grupos orientadores a la posición meta
del anillo aromático para sintetizar un derivado disustituido.
INFORMACIÓN
Al igual que los alquenos, el benceno tiene nubes de electrones π por
encima y por debajo de los enlaces sigma. A pesar de que los electrones π se
encuentran en un sistema aromático estable, están disponibles para atacar a
un electrófilo fuerte y dar lugar a un carbocatión estabilizado por resonancia.
Esta pérdida de aromaticidad se regenera al perder el protón del carbono
tetraédrico dando lugar a un producto de sustitución.
La reacción global es la es la sustitución de un protón (H+) del anillo
aromático por un electrófilo (E+): Sustitución electrofílica aromática (SEAr).
ANTECEDENTES
Sustitución electrofílica aromática: nitración.
Efecto de los grupos sustituyentes en el anillo en una reacción de
sustitución electrofílica aromática.
Reactividad del benzoato de metilo hacia la sustitución electrofílica
aromática.
Mecanismo de reacción.
Condiciones experimentales necesarias para realizar la nitración.
Variación en las condiciones experimentales en una nitración y sus
consecuencias.
Ejemplos de agentes nitrantes.
Propiedades físicas, químicas y toxicidad de reactivos y productos.
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Laboratorio de Química Orgánica II- QFB (1411)
Semestre 2015-1
DESARROLLO EXPERIMENTAL
MATERIAL
1
1
1
1
1
3
1
1
Barra de agitación magnética
Embudo Hirsch con alargadera
Embudo de filtración rápida
Espátula
Matraces Erlenmeyer de 10 mL
Matraz Erlenmeyer de 50 mL
Matraz Kitasato de 50 mL con manguera
Parrilla con agitación magnética
1
2
1
1
1
1
1
1
Pinzas de tres dedos con nuez
Pipetas graduadas de 5 mL
Probeta graduada de 10 mL
Recipiente de peltre
Vasos de precipitados de 10 mL
Vaso de precipitados de 100 mL
Vaso de precipitados de 250 mL
Vidrio de reloj
REACTIVOS
Ácido nítrico concentrado
Ácido sulfúrico concentrado
0.5 mL
1 mL
Benzoato de metilo
Metanol
0.6 g
10 mL
REACCIÓN
Benzoato de
metilo
Ácido
nítrico
Ácido
sulfúrico
3-Nitrobenzoato
de metilo
Masa molar
(g/mol)
Densidad
(g/mL)
Punto de fusión
o ebullición (°C)
Masa (g)
Volumen (mL)
Cantidad
de
sustancia (mol)
39
Laboratorio de Química Orgánica II- QFB (1411)
Semestre 2015-1
PROCEDIMIENTO
En un matraz Erlenmeyer de 10 mL provisto con un agitador magnético y
montado sobre una parrilla de agitación se introduce en un baño de hielo (vaso
de precipitados de 100 o de 250 mL) y se adicionan 0.5 mL de ácido nítrico
concentrado, se debe mantener la temperatura a 0 °C y se agregan 0.6 g (0.55
mL) de benzoato de metilo, en todo momento se debe cuidar que la
temperatura se encuentre entre los 0 – 10 °C. Posteriormente se adiciona muy
lentamente 1 mL de ácido sulfúrico concentrado con agitación constante y
cuidando la temperatura entre 5-10 °C (en caso de ser necesario, se pueden
adicionar pequeños granos de hielo a la mezcla de reacción para facilitar la
agitación).
Al término de la adición, llevar la mezcla de reacción a temperatura
ambiente por 15 minutos. Una vez terminado este tiempo se vacía la mezcla en
un vaso de precipitados de 100 mL que contenga 10 g de hielo
aproximadamente. El sólido obtenido se aísla por filtración al vacío y se lava
con agua helada. Se realizan dos lavados con 5 mL de una mezcla de aguametanol fría, se toma una muestra pequeña para determinar el punto de fusión
del producto crudo.
El resto del producto se recristaliza de metanol, se determina el
rendimiento y el pf.
pf producto crudo = 74-76 °C
pf producto puro = 78 °C
CUESTIONARIO
1. Explique la formación del ión nitronio a partir de la mezcla sulfonítrica.
2. ¿Por qué es importante controlar la temperatura de la mezcla de
reacción?
3. ¿Por qué el benzoato de metilo se disuelve en ácido sulfúrico
concentrado? Escribe una ecuación mostrando los iones que se
producen.
4. ¿Cuál sería la estructura que se esperaría del éster dinitrado,
considerando los efectos directores del grupo éster y que ya se introdujo
un primer grupo nitro?
5. ¿Cuál será el orden de rapidez de la reacción en la mononitración de
benceno, tolueno y el benzoato de metilo?
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Laboratorio de Química Orgánica II- QFB (1411)
Semestre 2015-1
OBTENCIÓN DE m-NITROBENZOATO DE METILO
41
Laboratorio de Química Orgánica II- QFB (1411)
Semestre 2015-1
BIBLIOGRAFÍA
a. Allinger, N. L., Química Orgánica 2ª edición, Reverté, Barcelona; 1984.
b. Ávila A. J. G. et al, Química Orgánica: Experimentos con un enfoque
ecológico 2ª edición, UNAM, Dirección General de Publicaciones y
Fomento Editorial, 2009.
c. Brewster, R. Q., Vanderweft, C. A. and McEwen, W. E., Curso Práctico
de Química Orgánica, Alhambra, Madrid, 1970.
d. Bruice, P. Y., Química Orgánica 5ª edición, Pearson Educación, México
2008.
e. Carey, F. A., Química Orgánica 6ª edición, McGraw-Hill Interamericana,
México, 2006.
f. Fieser, L. F., Organic Experiments 7th edition, D. C. Heath, Lexington,
Massachusetts, 1992.
g. Lehman, J. W., Operational Organic Chemistry: A Problem-Solving
Approach to the Laboratory Course 3rd edition, Prentice Hall Title, New
Jersey, 1999.
h. McMurry, J., Química Orgánica 8ª edición, Cengage Learning, México,
2012.
i. Mohring, J. R. and Neckers, D. C., Laboratory Experiments in Organic
Chemistry 2nd edition, D. van Nostrand Company, Inc., New York, 1973.
j. Morrison, R. T. y Boyd, R. N., Química Orgánica 5ª edición, AddisonWesley Iberoamericana, Boston Massachussets, 1988.
k. Pavia, D. L., Introduction to Organic Laboratory Techniques: A
Microscale Approach, Thomson Brooks/Cole. Laboratory Series for
Organic Chemistry, Belmont California, 2007.
l. Pavia, D. L., Lampman, G. M. and Kriz, G. S., Introduction to Organic
Laboratory Techniques: A Contemporary Approach, Saunders College,
Philadelphia, 1988.
m. Pine, S., Química Orgánica 2ª edición, McGraw-Hill, 1988.
n. Roberts, J. D., Modern Organic Chemistry, W. A. Benjamin, New York,
1967.
o. Solomons, T. W. G., Química Orgánica 2ª edición, Limusa-Wiley,
México, 1999.
p. Vogel, A. I., A Textbook of Practical Organic Chemistry 5 th edition,
Longmans Scientifical and Technical, New York, 1989.
q. Wade, L. G. Jr., Química Orgánica 5ª edición, Prentice Hall, España,
2004.
42
Laboratorio de Química Orgánica II- QFB (1411)
Semestre 2015-1
PRÁCTICA
8
REACCIONES DE SUSTITUCIÓN NUCLEOFÍLICA AROMÁTICA
SÍNTESIS DE 2,4-DINITROFENILHIDRAZINA Y DE 2,4DINITROFENILANILINA
OBJETIVOS
Obtener la 2,4-dinitrofenilhidrazina y la 2,4-dinitrofenilanilina mediante
reacciones de sustitución nucleofílica aromática.
Analizar las características de los compuestos aromáticos susceptibles
de reaccionar a través de reacciones de sustitución nucleofílica
aromática.
Buscar la aplicación de estos compuestos.
INFORMACIÓN
Los nucleófilos pueden desplazar a los iones haluro de los haluros de
arilo, sobre todo si hay grupos orto- o para- respecto al haluro que sean
fuertemente atractores de electrones. Como un grupo saliente del anillo
aromático es sustituido por un nucleófilo, a este tipo de reacciones se les
denomina sustituciones nucleofílicas aromáticas (SNAr).
ANTECEDENTES
Sustitución nucleofílica aromática, condiciones necesarias para que se
efectúe.
Comparación de estas condiciones con las que se requieren para
efectuar una sustitución electrofílica aromática.
Utilidad de la sustitución nucleofílica aromática.
Diferencias con la sustitución nucleofílica alifática.
Toxicidad de reactivos y productos.
DESARROLLO EXPERIMENTAL
MATERIAL
1
1
1
1
1
4
3
1
1
Barra de agitación magnética
Embudo Hirsch con alargadera
Embudo de filtración rápida
Espátula
Frasco para cromatografía
Frascos viales
Matraces Erlenmeyer de 50 mL
Matraz Kitasato de 50 mL con manguera
Parrilla con agitación magnética
1
1
1
2
1
1
1
1
1
Pinzas de tres dedos con nuez
Pinza para tubo de ensaye
Pipeta graduada de 5 mL
Portaobjetos
Probeta graduada de 10 mL
Recipiente de peltre
Recipiente eléctrico para baño María
Vaso de precipitados de 100 mL
Vidrio de reloj
43
Laboratorio de Química Orgánica II- QFB (1411)
Semestre 2015-1
REACTIVOS
Anilina
Acetato de etilo
2,4-Dinitroclorobenceno
Etanol
0.2 mL
10 mL
0.2 g
15 mL
Hexano
Hidrato de hidrazina
Cromatofolios
10 mL
0.7 mL
2
REACCIONES
2,4-Dinitroclorobenceno
Hidrato de
hidrazina
Anilina
2,4-dinitrofenilhidrazina
2,4-Dinitrofenilanilina
Masa molar
(g/mol)
Densidad
(g/mL)
Punto de
fusión o
ebullición (°C)
Masa (g)
Volumen (mL)
Cantidad de
sustancia
(mol)
PROCEDIMIENTO
A. SÍNTESIS DE 2,4-DINITROFENILHIDRAZINA
En un matraz Erlenmeyer de 50 mL se disuelven 0.2 g de 2,4dinitroclorobenceno en 2 mL de etanol al 96 % tibio. Se agregan gota a gota 0.3
mL de hidrato de hidrazina con agitación constante. Al terminar la adición se
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Semestre 2015-1
calienta la mezcla en un baño María (sin que llegue al punto de ebullición el
disolvente) por 10 minutos.
Se enfría y se filtra al vacío, se toma una muestra del producto crudo, el
precipitado se lava en el mismo embudo con 3 mL de agua caliente y después
con 3 mL de alcohol tibio. Una vez obtenido el producto puro, se seca al vacío,
se pesa, se calcula el rendimiento, finalmente se determina el punto de fusión,
se toma una pequeña muestra para realizar una cromatografía en capa fina
(ccf) y comparar su pureza con respecto al producto crudo, en la misma placa
se aplica la materia prima disuelta en etanol, como eluyente se usa una mezcla
de Hexano-AcOEt (7:3), se revela con una lámpara de luz UV o con una
cámara de yodo.
B. SÍNTESIS DE 2,4-DINITROFENILANILINA
En un matraz Erlenmeyer de 50 mL se colocan 4 mL de etanol, 0.2 g de
2,4-dinitroclorobenceno y 0.2 mL de anilina con agitación constante. Esta
mezcla se calienta en un baño María por 15 minutos con agitación constante y
sin que el disolvente llegue a ebullición. La reacción se deja enfriar y se filtra al
vacío el sólido formado. Se toma una pequeña muestra del compuesto crudo
para realizar una ccf comparándolo con el producto puro.
El compuesto se recristaliza de etanol, se filtra, se seca al vacío, se pesa
se calcula el rendimiento y se determina el punto de fusión.
Se realiza una ccf para determinar la pureza del producto comparándolo
con el compuesto crudo, también se debe aplicar una muestra de la materia
prima, las muestras se disuelven en acetato de etilo. Como eluyente se usa
una mezcla de Hexano-AcOEt (6:4) y revelar con una lámpara de luz UV o con
una cámara de yodo.
CUESTIONARIO
1. ¿Qué sustituyentes facilitan la sustitución nucleofílica aromática (SNAr)?
Explique su respuesta
2. ¿Cómo se pueden preparar los haluros de arilo? Escriba las reacciones
correspondientes.
3. ¿Por qué la anilina es menos reactiva que la hidracina en la S NAr? ¿A
qué lo atribuye?
4. Escriba las estructuras resonantes del 2,4-dinitroclorobenceno y
proponga el mecanismo de la sustitución nucleofílica aromática que se
lleva a cabo en la práctica.
5. Escriba la fórmula de tres compuestos que pueden ser susceptibles de
sufrir una sustitución nucleofílica aromática, fundamente su elección.
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Semestre 2015-1
6. ¿Por qué el 2,4-dinitroclorobenceno es irritante a la piel, a las mucosas y
a los ojos?
OBTENCIÓN DE LA 2,4-DINITROFENILHIDRAZINA
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Semestre 2015-1
OBTENCIÓN DE 2,4-DINITROFENILANILINA
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Semestre 2015-1
BIBLIOGRAFÍA
a. Allinger, N. L., Química Orgánica 2ª edición, Reverté, Barcelona; 1984.
b. Ávila A. J. G. et al, Química Orgánica: Experimentos con un enfoque
ecológico 2ª edición, UNAM, Dirección General de Publicaciones y
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de Química Orgánica, Alhambra, Madrid, 1970.
d. Bruice, P. Y., Química Orgánica 5ª edición, Pearson Educación, México
2008.
e. Carey, F. A., Química Orgánica 6ª edición, McGraw-Hill Interamericana,
México, 2006.
f. Fieser, L. F., Organic Experiments 7th edition, D. C. Heath, Lexington,
Massachusetts, 1992.
g. Lehman, J. W., Operational Organic Chemistry: A Problem-Solving
Approach to the Laboratory Course 3rd edition, Prentice Hall Title, New
Jersey, 1999.
h. McMurry, J., Química Orgánica 8ª edición, Cengage Learning, México,
2012.
i. Mohring, J. R. and Neckers, D. C., Laboratory Experiments in Organic
Chemistry 2nd edition, D. van Nostrand Company, Inc., New York, 1973.
j. Morrison, R. T. y Boyd, R. N., Química Orgánica 5ª edición, AddisonWesley Iberoamericana, Boston Massachussets, 1988.
k. Pavia, D. L., Introduction to Organic Laboratory Techniques: A
Microscale Approach, Thomson Brooks/Cole. Laboratory Series for
Organic Chemistry, Belmont California, 2007.
l. Pavia, D. L., Lampman, G. M. and Kriz, G. S., Introduction to Organic
Laboratory Techniques: A Contemporary Approach, Saunders College,
Philadelphia, 1988.
m. Pine, S., Química Orgánica 2ª edición, McGraw-Hill, 1988.
n. Roberts, J. D., Modern Organic Chemistry, W. A. Benjamin, New York,
1967.
o. Solomons, T. W. G., Química Orgánica 2ª edición, Limusa-Wiley,
México, 1999.
p. Vogel, A. I., A Textbook of Practical Organic Chemistry 5 th edition,
Longmans Scientifical and Technical, New York, 1989.
q. Wade, L. G. Jr., Química Orgánica 5ª edición, Prentice Hall, España,
2004.
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