manual de experimentos - Departamento de Programas Audiovisuales

UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO
FACULTAD DE QUÍMICA
QUÍMICA DE ALIMENTOS
MANUAL DE EXPERIMENTOS
QUÍMICA ORGÁNICA II (1407)
DEPARTAMENTO DE QUÍMICA ORGÁNICA
2013
PROGRAMA DE QUÍMICA ORGÁNICA II (1407)
Práctica
0
1
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3
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9
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11
12
Nombre
Presentación. Lineamientos de trabajo. Reglamento de
higiene y seguridad.
Identificación espectroscópica de compuestos orgánicos.
Taller de espectroscopia de infrarrojo.
Reacciones de sustitución nucleofílica alifática.
a) Obtención de cloruro de ter-butilo.
b) Obtención de bromuro de n-butilo.
Deshidratación de alcoholes.
Obtención de ciclohexeno.
Reacciones de sustitución electrofílica aromática.
a) Obtención de p-yodoanilina.
b) Yodación de la vainillina.
Reacciones de sustitución nucleofílica aromática.
a) Obtención de 2,4-dinitrofenilhidracina.
b) Obtención de 2,4-dinitrofenilanilina.
Oxidación de alcoholes.
a) Obtención de butiraldehído.
b) Identificación de alcoholes primarios desconocidos
por medio de la 2,4-dinitrofenilhidrazona del
aldehído correspondiente
Reducción del grupo nitro.
Obtención de m-nitroanilina a partir de m-dinitrobenceno.
Propiedades de compuestos carbonílicos.
Identificación de aldehídos y cetonas.
Condensación de Claisen-Schmidt.
Obtención de dibenzalacetona.
Reacciones de esterificación de ácidos carboxílicos.
a) Obtención de ácido acetilsalicílico por un proceso de
química verde.
b) Obtención de acetato de isoamilo.
Reacción del haloformo sobre la acetofenona.
Obtención de ácido benzoico.
Reacción de Schotten-Baumann.
Obtención de benzoato de fenilo.
Q. Patricia Elizalde Galván.
Química de Alimentos. Manual de Experimentos de Química Orgánica II (1407).
PRÁCTICA
1
Identificación Espectroscópica de
Compuestos Orgánicos.
Taller de Espectroscopia de Infrarrojo.
I. OBJETIVOS.
a) Conocer los principios fundamentales que rigen la interacción
energía-materia (radiación electromagnética-moléculas) en uno de
los métodos espectroscópicos más comunes en Química Orgánica:
Infrarrojo (IR).
b)
Comprender la información contenida en los espectros
correspondientes, a fin de identificar los grupos funcionales más
comunes.
c) Manejar las tablas de absorción correspondientes con el fin de
resolver ejemplos sencillos de elucidación estructural de algunos
compuestos orgánicos.
II. MATERIAL.
Colección de espectros de infrarrojo.
III. INFORMACIÓN.
La espectroscopia es el estudio de la interacción de la radiación con
la materia. La radiación electromagnética es una amplia gama de
diferentes contenidos energéticos y comprende valores que van
1
Química de Alimentos. Manual de Experimentos de Química Orgánica II (1407).
desde los rayos cósmicos (109 kcal) hasta la radiofrecuencia (10-7
cal).
Toda onda electromagnética está constituida por una onda eléctrica y
una onda magnética. Cada onda electromagnética posee un valor de
energía (E), así como de frecuencia (ν), longitud de onda (λ) y un
número de onda ( ν ); los que se relacionan entre sí a través de las
siguientes expresiones:
E = hν
ν = c/λ
E = h(c/λ)
ν = 1/λ
(en cm-1)
Por otro lado, la energía total de un sistema molecular está dada por:
ET = Etrans + Erot + Evibr + Eelectr
Donde:
Etrans = Energía de translación, que es la energía cinética que posee una
molécula debido a su movimiento de translación en el espacio.
Erot = Energía de rotación, que es la energía cinética que posee debido a
la rotación alrededor de sus ejes que convergen en su centro de
masa.
Evibr = Energía de vibración, que es la energía potencial y la energía
cinética que posee debido al movimiento vibracional de sus
enlaces.
Eelectr = Energía electrónica, que es la energía potencial y energía
cinética de sus electrones.
ESPECTROSCOPIA DE INFRARROJO.
Es una técnica analítica instrumental que permite conocer los
principales grupos funcionales de la estructura molecular de un
compuesto.
2
Química de Alimentos. Manual de Experimentos de Química Orgánica II (1407).
Esta información se obtiene a partir del espectro de absorción de
dicho compuesto al haberlo sometido a la acción de la radiación
infrarroja en el espectrofotómetro.
La región del espectro IR normal queda comprendida entre 2.5 μm a
25 μm, medido en unidades de longitud de onda, que corresponde a
4000 cm-1 y 400 cm-1 respectivamente si se expresa en número de
onda (que es el inverso de la longitud de onda, cm-1).
Características de un espectro. El espectro de infrarrojo de un
compuesto es una representación gráfica de los valores de número
de onda (cm-1) ante los valores de por ciento de transmitancia (%T).
La absorción de radiación IR por un compuesto a una longitud de
onda dada, origina un descenso en el %T, lo que se pone de
manifiesto en el espectro en forma de un pico o banda de absorción.
VIBRACIÓN MOLECULAR.
Las moléculas poseen movimiento vibracional continuo.
vibraciones suceden a valores cuantizados de energía.
3
Las
Química de Alimentos. Manual de Experimentos de Química Orgánica II (1407).
Las frecuencias de vibración de los diferentes enlaces en una
molécula dependen de la masa de los átomos involucrados y de la
fuerza de unión entre ellos.
En términos generales las vibraciones pueden ser de dos tipos:
estiramiento y flexión.
Las vibraciones de estiramiento son aquellas en las que los átomos
de un enlace oscilan alargando y acortando la distancia del mismo
sin modificar el eje ni el ángulo de enlace.
Simétrica
Asimétrica
Vibraciones de estiramiento
Las vibraciones de flexión son aquellas que modifican continuamente
el ángulo de enlace.
+
Tijera
Oscilación
+
Balanceo
vibraciones de deformación
en el plano
+
-
Torsión
vibraciones de deformación
fuera del plano
Vibraciones de flexión
Nota: + y - se refieren a vibraciones perpendiculares al plano del
papel.
ABSORCIÓN DE ENERGÍA.
Para que sea posible la absorción de la energía infrarroja por parte
de una sustancia, es necesario que la energía que incide sobre ella,
sea del mismo valor que la energía de vibración que poseen las
moléculas de esa sustancia. Ya que en una molécula existen
4
Química de Alimentos. Manual de Experimentos de Química Orgánica II (1407).
diferentes átomos que forman distintos enlaces, en el espectro de
infrarrojo aparecerán bandas de absorción a distintos valores de
frecuencia y de longitud de onda. La región situada ente 1400 y 4000
cm-1, es de especial utilidad para la identificación de la mayoría de los
grupos funcionales presentes en las moléculas orgánicas.
Las absorciones que aparecen en esta zona,
fundamentalmente de las vibraciones de estiramiento.
proceden
La zona situada a la derecha de 1400 cm-1, es por lo general,
compleja, debido a que en ella aparecen vibraciones de estiramiento
como de flexión. Cada compuesto tiene una absorción característica
en esta región, esta parte del espectro se denomina como la región
de las huellas dactilares.
ABSORCIONES DE GRUPOS FUNCIONALES EN EL IR.
HIDROCARBUROS.
La absorción por estiramiento del enlace carbono-hidrógeno (C-H),
está relacionada con la hibridación del átomo de carbono.
C sp3 _______ H (-CH, alcanos): 2800-3000 cm-1.
C sp2 _______ H (=CH, alquenos): 3000-3300 cm-1.
C sp2 _______ H (=CH, aromático): 3030 cm-1.
C sp _______ H (=CH, alquinos): 3300 cm-1.
ALCANOS.
C-H Vibración de estiramiento a 3000 cm-1.
a) En alcanos la absorción ocurre a la derecha de 3000 cm-1.
5
Química de Alimentos. Manual de Experimentos de Química Orgánica II (1407).
b) Si un compuesto tiene hidrógenos vinílicos, aromáticos o
acetilénicos, la absorción del -CH es a la izquierda de 3000 cm-1.
CH2 Los metilenos tienen una absorción característica de 1450-1485
cm-1 (flexión). La banda de 720 cm-1 se presenta cuando hay más
de 4 metilenos juntos.
CH3 Los metilos tienen una absorción característica de 1375-1380 cm-1.
La banda de 1380 cm-1, característica de metilos se dobletea
cuando hay isopropilos o ter-butilos, apareciendo también las
siguientes señales:
CH3
CH
1380 cm-1 (doble)
1170 cm-1
1145 cm-1
1380 cm-1 (doble)
1255 cm-1
1210 cm-1
CH3
CH3
C
CH3
CH3
Espectro de IR del n-heptano mostrando
las vibraciones de estiramiento C-H.
6
Química de Alimentos. Manual de Experimentos de Química Orgánica II (1407).
ALQUENOS.
=C-H Vibración de estiramiento ocurre a 3000-3300 cm-1.
C=C
Vibración de estiramiento, en la región de 1600-1675 cm-1, a
menudo son bandas débiles.
=C-H Vibración de flexión fuera del plano en la región de 1000-650 cm-1.
Espectro de IR del 1-octeno.
ALQUINOS.
≡C-H Vibración de estiramiento ocurre a 3300 cm-1.
C≡C Vibración de estiramiento cerca de 2150 cm-1.
La conjugación desplaza la vibración de estiramiento del enlace
C-C a la derecha.
7
Química de Alimentos. Manual de Experimentos de Química Orgánica II (1407).
Espectro de IR del 1-decino.
AROMÁTICOS.
=C-H La absorción por estiramiento es a la izquierda de 3000 cm-1.
C-H
Flexión fuera del plano en la región de 900-690 cm-1, este tipo de
absorción permite determinar el tipo de sustitución en el anillo.
Ver tabla.
C=C Existen absorciones que ocurren en pares a 1600 cm-1 y 1450 cm-1
y son características del anillo aromático.
Espectro de IR del tolueno.
8
Química de Alimentos. Manual de Experimentos de Química Orgánica II (1407).
Señales características de sustituciones en compuestos aromáticos
en la región 2000-1667 cm-1
Monosustitución
1,2,4-Trisustitución
1,2-Disustitución
(orto)
1,2,3,4-Tetrasustitución
1,3-Disustitución
(meta)
1,2,4,5-Tetrasustitución
1,4-Disustitución
(para)
1,2,3,5-Tetrasustitución
1,2,3-Trisustitución
Pentasustitución
1,3,5-Trisustitución
Hexasustitución
Flexión C-H fuera del plano en la región 900-690 cm-1 para compuestos
aromáticos.
Monosustitución
770-730
1,3,5-Trisustitución
840
710-690
1,2-Disustitución
770-735
1,2,4-Trisustitución
825-805
885-870
1,3-Disustitución
810-750
1,2,3,4-Tetrasustitución
810-800
710-690
1,4-Disustitución
840-810
1,2,4,5-Tetrasustitución
870-855
1,2,3-Trisustitución
780-760
1,2,3,5-Tetrasustitución
850-840
745-705
Pentasustitución
870
9
Química de Alimentos. Manual de Experimentos de Química Orgánica II (1407).
ALCOHOLES.
O-H Vibración de estiramiento. Para un alcohol asociado la
característica es una banda intensa y ancha en la región de
3000-3700 cm-1. Un alcohol monomérico da una banda aguda
en 3610-3640 cm-1.
C-O
Vibración de estiramiento localizada en 1000-1200 cm-1.
C-OH Flexión en el plano en 1200-1500 cm-1.
C-OH Flexión fuera del plano en 250-650 cm-1.
Espectro de IR del 2-butanol.
AMINAS.
N-H Bandas de estiramiento en la zona de 3300-3500 cm-1.
Las aminas primarias tienen dos bandas.
Las aminas secundarias tienen una banda, a menudo débil.
Las aminas terciarias no tienen banda de estiramiento N-H.
C-N La banda de estiramiento es débil y se observa en la zona de
1000-1350 cm-1.
10
Química de Alimentos. Manual de Experimentos de Química Orgánica II (1407).
N-H Banda de flexión (tijera) se observa en la zona de 1640-1560 cm-1,
banda ancha.
N-H Banda de flexión fuera del plano, que se observa en la zona de
650-900 cm-1.
Espectro de IR de la sec-butilamina.
COMPUESTOS CARBONÍLICOS.
Los aldehídos, las cetonas, los ácidos carboxílicos y sus derivados, dan
la banda del grupo carbonilo, este grupo es uno de los que absorben
con una alta intensidad en la región del infrarrojo en la zona de 18501650 cm-1.
Vibraciones de estiramiento de compuestos carbonílicos.
Tipo de compuesto
Posición de la absorción (cm-1)
Aldehído,
RCHO
1720-1740
Cetona,
RCOR
1705-1750
Ácido carboxílico,
RCOOH
1700-1725
Éster,
RCOOR
R = grupo saturado y alifático
1735-1750
11
Química de Alimentos. Manual de Experimentos de Química Orgánica II (1407).
ALDEHÍDOS.
C=O Banda de estiramiento en 1725 cm-1. La conjugación con
enlaces dobles mueve la absorción a la derecha.
C-H Banda de estiramiento del hidrógeno aldehídico en 2750 cm-1 y
2850 cm-1.
CETONAS.
C=O Banda de estiramiento aproximadamente a 1715 cm-1. La
conjugación mueve la absorción a la derecha.
Espectro de IR del n-butiraldehído.
Espectro de IR de la 2-butanona.
12
Química de Alimentos. Manual de Experimentos de Química Orgánica II (1407).
ÁCIDOS.
O-H Banda de estiramiento, generalmente muy ancha (debido a la
asociación por puente de hidrógeno) en la zona de 3000- 2500
cm-1. A menudo interfiere con la absorción del C-H.
C=O Banda de estiramiento, ancha, en la zona de 1730-1700 cm-1.
C-O
Banda de estiramiento, fuerte, en la zona de 1320-1210 cm-1.
Espectro de IR del ácido propiónico.
ÉSTERES.
C=O Banda de estiramiento cercana a 1735 cm-1.
C-O Banda de estiramiento, aparecen dos bandas o más, una más
fuerte que las otras, en la zona de 1300-1000 cm-1.
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Química de Alimentos. Manual de Experimentos de Química Orgánica II (1407).
Espectro de IR del acetato de etilo.
IV. PROCEDIMIENTO.
En la serie de espectros de infrarrojo que se presentan al final de
cada práctica señale las bandas de absorción características que le
darán la pauta para identificar los grupos funcionales en un
compuesto, señale además el tipo de vibración que corresponde a
la banda.
V. ANTECEDENTES.
Estructura molecular de alcanos, alquenos, alquinos, compuestos
aromáticos, alcoholes, aldehídos, cetonas, aminas, ácidos
carboxílicos y ésteres.
VI. CUESTIONARIO.
1) ¿Cuáles son las principales bandas de absorción para un alcano en
un espectro de IR?
2) ¿Cómo distingue un grupo isopropilo de un grupo ter-butilo en un
espectro de IR?
14
Química de Alimentos. Manual de Experimentos de Química Orgánica II (1407).
3) Cuando un alcano tiene más de 4 metilenos en una cadena lineal,
¿cómo se le distingue en un espectro de IR?
4) ¿Cómo distingue un alcano, un alqueno y un alquino en un espectro
de IR?
5) ¿Cómo distingue un aldehído de una cetona en un espectro de IR?
6) ¿Qué vibraciones características presenta un ácido carboxílico para
identificarlo en un espectro de IR?
7) ¿Qué bandas le dan la pauta para diferenciar un éster de una
cetona? ¿A qué vibración corresponde cada una de ellas?
8) ¿Cómo distingue una amina primaria de una secundaria en un
espectro de IR?
VII. BIBLIOGRAFÍA.
1) Bruice, P. Y., Química Orgánica, Pearson Educación, México, 2008.
2) McMurry, J., Química Orgánica, Cengage Learning, México, 2008.
3) Morrison R. T., Boyd, R. N., Química Orgánica, Pearson Educación,
México, 1998.
4) Silverstein, R. M., Bassler, G. C., Morril, T. C., Spectrometric
Identification of Organic Compounds, John Wiley, New Jersey,
2005.
5) Nakanishi, K., Solomon, P. H., Infrared Absorption Spectroscopy,
Holden-Day, San Francisco, 1977.
6) Conley, R. T., Espectroscopia Infrarroja, Alhambra, Madrid, 1979.
15
Química de Alimentos. Manual de Experimentos de Química Orgánica II (1407).
100.0
90
80
721.43
70
1379.67
60
%T
50
1464.42
40
30
2874.24
2960.00
1
20
octano
2855.99
10
2925.00
0.0
4000.0
3000
2000
1500
1000
400.0
Número de onda (cm-1)
100.0
90
80
70
1379.40
720.44
60
%T
50
40
30
1464.95
20
2957.19
10
2
hexadecano
2852.58
2924.99
0.0
4000.0
3000
2000
1500
-1
Número de onda (cm )
16
1000
400.0
Química de Alimentos. Manual de Experimentos de Química Orgánica II (1407).
100.0
90
80
1126.15
1038.69
70
60
1379.91
1370.23
%T
50
1463.12
40
30
10
3
2,3-dimetilbutano
2875.27
20
2962.50
0.0
4000.0
3000
2000
1500
1000
400.0
-1
Número de onda (cm )
100.0
90
554.14
1821.10
80
1295.36
1103.10
741.83
70
631.67
60
1379.95
%T
50
40
3079.6
7
1640.75
993.51
30
1462.99
20
10
2961.98
2927.48
4
2860.98
hex-1-eno
2874.61
909.64
0.0
4000.0
3000
2000
1500
Número de onda (cm-1)
17
1000
400.0
Química de Alimentos. Manual de Experimentos de Química Orgánica II (1407).
100.0
90
80
70
60
1658.88
%T
50
40
1404.93
1379.50
30
2871.39
20
10
5
1459.14
2960.65
690.55
2934.99
cis-hex-2-eno
3015.49
0.0
4000.0
3000
2000
1500
1000
400.0
-1
Número de onda (cm )
100.0
90
80
1579.95
3079.47
70
3060.03
1599.69
60
%T
3025.05
50
40
1495.91
30
1454.69
20
trans-estilbeno
10
965.80
6
699.09
0.0
4000.0
769.28
3000
2000
1500
-1
Número de onda (cm )
18
1000
400.0
Química de Alimentos. Manual de Experimentos de Química Orgánica II (1407).
100.0
90
80
70
60
%T
50
2116.87
1249.84
1380.25
40
1433.98
644.91
30
1467.48
20
7
10
hex-1-ino
2871.84
3305.00
2961.19
0.0
3000
4000.0
2000
1500
1000
400.0
Número de onda (cm-1)
100.0
90
520.55
1735.31
80
70
1942.00
1857.71
1802.48
60
1379.83
%T
50
40
2871.89
3085.04
30
1604.33
tolueno
3061.15
20
1460.23
2920.43
10
728.51
3027.49
694.71
0.0
4000.0
8
1495.06
3000
2000
1500
-1
Número de onda (cm )
19
1000
400.0
Química de Alimentos. Manual de Experimentos de Química Orgánica II (1407).
100.0
90
1900.03
1788.51
80
70
1604.71
60
1384.76
%T
2877.17
3064.60
50
40
1455.36
3016.08
30
20
2920.90
2939.87
1465.18
o-xileno
2970.14
9
1495.23
10
742.29
0.0
4000.0
3000
2000
1500
1000
400.0
-1
Número de onda (cm )
100.0
90
1931.46
1852.47
1770.73
80
70
1377.18
60
%T
50
2863.63
1460.22
40
1492.99
1610.98
3015.82
30
2920.83
20
m-xileno
690.79
10
10
769.19
0.0
4000.0
3000
2000
1500
1000
-1
Número de onda (cm )
20
400.0
Química de Alimentos. Manual de Experimentos de Química Orgánica II (1407).
100.0
90
1792.56
80
1629.92
1890.01
70
1379.35
60
%T
50
1454.77
40
3044.92
2868.17
11
30
3019.66
20
p-xileno
2999.71
10
2922.11
1515.57
794.92
0.0
3000
4000.0
2000
1500
1000
400.0
-1
Número de onda (cm )
100.0
90
1667.75
1940.42
1739.89 1533.80
1865.81
1796.04
80
70
1201.14
1393.91
60
%T
50
3084.73
40
1600.01
3021.02
3057.42
1469.60
1029.91
1268.29
30
1445.00
12
2865.43
20
2901.38
1364.87
t-butilbenceno
10
1494.97
2957.11
759.85
694.67
0.0
4000.0
3000
2000
1500
Número de onda (cm-1)
21
1000
400.0
Química de Alimentos. Manual de Experimentos de Química Orgánica II (1407).
100.0
90
80
1122.34
70
720.11
60
1379.83
%T
50
40
1468.23
30
3332.05
1058.01
1-decanol
13
20
10
2856.76
2926.37
0.0
3000
4000.0
2000
1500
1000
605.0
-1
Número de onda (cm )
100.0
90
80
70
60
%T
50
40
1379.03
30
2-metil-1-propanol
20
14
1040.23
2878.52
1461.42
10
2965.00
2934.04
957.29
3368.33
0.0
4000.0
3000
2000
1500
Número de onda (cm-1)
22
1000
400.0
Química de Alimentos. Manual de Experimentos de Química Orgánica II (1407).
100.0
90
80
70
60
%T
2922.85
3034.08
50
40
15
30
o-cresol
1330.33
20
3450.00
1593.56
1493.99
1464.71
10
751.61
1242.26
0.0
4000.0
3000
2000
1500
1000
400.0
Número de onda (cm-1)
100.0
90
80
70
890.55
823.04
3004.40
60
%T
2840.36
2942.83
50
40
1031.07
3507.83
30
716.97
764.23
2,6-dimetoxifenol
1362.70
1465.04
1617.38
20
16
1507.68
10
1284.87
1480.78
1240.53
4000.0
1103.03
1214.53
0.0
3000
2000
1500
-1
Número de onda (cm )
23
1000
400.0
Química de Alimentos. Manual de Experimentos de Química Orgánica II (1407).
100.0
90
80
70
658.42
1364.77
60
%T
1289.04
50
1459.76
40
30
tetrahidrofurano
20
10
2974.46
17
2859.99
1067.72
911.07
0.0
4000.0
3000
2000
1500
1000
Número de onda (cm-1)
400.0
100.0
3413.45
90
80
70
60
%T
1105.45
50
1413.99
40
30
1460.99
1377.16
2877.73
20
10
18
3-octanona
2936.46
1713.39
0.0
4000.0
2962.55
3000
2000
1500
Número de onda (cm-1)
24
1000
400.0
Química de Alimentos. Manual de Experimentos de Química Orgánica II (1407).
100.0
90
3468.77
80
1656.89
70
60
%T
50
40
724.48
linoleato de
etilo
30
1035.98
20
3013.44
10
1374.63
2858.88
2924.99
19
1464.14
1743.21
1184.54
0.0
3000
4000.0
2000
1500
1000
Número de onda (cm-1)
400.0
100.0
90
3065.05
80
955.44
1599.70
1579.93
70
1038.53
1380.39
60
%T
739.77
50
1463.01
ftalato de
dioctilo
40
30
20
2869.73
20
1121.16
10
2957.66
1727.45
2929.23
1273.08
0.0
4000.0
3000
2000
1500
Número de onda (cm-1)
25
1000
400.0
Química de Alimentos. Manual de Experimentos de Química Orgánica II (1407).
100.0
90
80
70
60
%T
50
1385.04
934.46
845.94
1078.25
40
1466.34
1416.41
30
ácido propiónico
20
2986.52
1239.37
2947.50
10
21
1717.50
0.0
3000
4000.0
2000
1500
Número de onda (cm-1)
1000
400.0
100.0
90
3432.54
80
70
1384.59
60
%T
50
1460.72
40
2709.17
2810.55
30
2-etilbutiraldehído
20
22
1727.34
10
2966.17
2936.17
0.0
4000.0
2879.90
3000
2000
1500
Número de onda (cm-1)
26
1000
400.0
Química de Alimentos. Manual de Experimentos de Química Orgánica II (1407).
100.0
90
80
1389.80
70
60
1474.19
1450.24
%T
50
40
1071.38
1604.76
3364.17
3285.79
30
840.09
20
10
23
1,4-diaminobutano
2928.79
2854.26
0.0
3000
4000.0
2000
1500
1000
400.0
-1
Número de onda (cm )
100.0
90
80
70
60
3021.99
%T
985.78
868.31
1446.17
1420.42
2797.66
1068.92
50
2888.33
1149.77
40
3372.03
1175.68
30
24
1259.80
20
1318.69
N-metilanilina
10
690.60
749.62
1512.96
1598.16
0.0
4000.0
3000
2000
1500
Número de onda (cm-1)
27
1000
400.0
Química de Alimentos. Manual de Experimentos de Química Orgánica II (1407).
28
Química de Alimentos. Manual de Experimentos de Química Orgánica II (1407).
29
Química de Alimentos. Manual de Experimentos de Química Orgánica II (1407).
30
Química de Alimentos. Manual de Experimentos de Química Orgánica II (1407).
31
Química de Alimentos. Manual de Experimentos de Química Orgánica II (1407).
32
Química de Alimentos. Manual de Experimentos de Química Orgánica II (1407).
33
Química de Alimentos. Manual de Experimentos de Química Orgánica II (1407).
34
Química de Alimentos. Manual de Experimentos de Química Orgánica II (1407).
35
Química de Alimentos. Manual de Experimentos de Química Orgánica II (1407).
36
Química de Alimentos. Manual de Experimentos de Química Orgánica II (1407).
PRÁCTICA
2A
Reacciones de Sustitución
Nucleofílica Alifática.
Obtención de Cloruro de ter-Butilo.
I. OBJETIVOS.
a) Conocer la preparación de un haluro de alquilo terciario a partir del
alcohol correspondiente, mediante una reacción de sustitución
nucleofílica.
b) Preparar el cloruro de ter-butilo por la reacción de ter-butanol con
ácido clorhídrico concentrado en presencia de cloruro de calcio
anhidro, aislar y purificar por destilación el producto de la reacción.
ECUACIÓN:
CH3
CH3
CH3
OH
+
CH3
HCl
Cl
CH3
CH3
37
+
H2O
Química de Alimentos. Manual de Experimentos de Química Orgánica II (1407).
ter-Butanol
Ácido
clorhídrico
(36 % m)
Cloruro de
ter-butilo
Masa molar (g/mol)
Densidad (g/mL)
Punto de fusión (°C)
Punto de ebullición (°C)
Masa (g)
Volumen (mL)
Cantidad de sustancia (mol)
II. MATERIAL.
Embudo de separación con
tapón
Porta-termómetro
Recipiente de peltre
Termómetro de -10 a 400
O
C
Vaso de precipitados de 50
mL
Espátula
Resistencia eléctrica
Tapón de corcho para
erlenmeyer de 50 mL
Agitador magnético
1
Matraz bola de una boca de
25 mL
"T" de destilación
Refrigerante con mangueras
Colector
1
3
1
1
1
Pinzas de tres dedos con
nuez
Matraz erlenmeyer de 50 mL
Probeta graduada de 25 mL
Barra magnética
2
1
1
1
Matraz erlenmeyer de 125 mL
1
1
1
1
1
1
1
1
III. SUSTANCIAS
(Alcohol ter-butílico)
ter-Butanol
Cloruro de calcio
Ácido clorhídrico conc.
(36 %m)
3 mL
1g
9 mL
38
Disol. de carbonato de
sodio (10 % m)
Agua destilada
Sulfato de sodio
anhidro
5 mL
20 mL
1g
Química de Alimentos. Manual de Experimentos de Química Orgánica II (1407).
IV. INFORMACIÓN.
La conversión de alcoholes en cloruros de alquilo se puede efectuar
por varios procedimientos. Con alcoholes primarios y secundarios se
usan frecuentemente cloruro de tionilo y haluros de fósforo; también
se pueden obtener calentando el alcohol con ácido clorhídrico
concentrado y cloruro de zinc anhidro. Los alcoholes terciarios se
convierten a haluros de alquilo con ácido clorhídrico solo y en
algunos casos sin calentamiento. Los alcoholes terciarios y
secundarios presentan reacciones SN1.
V. PROCEDIMIENTO.
Coloque en un matraz erlenmeyer de 50 mL con tapón: 3 mL de terbutanol, 9 mL de ácido clorhídrico, 1.0 g de cloruro de calcio y
mézclelos con agitación vigorosa durante 15 minutos. Transfiera el
contenido del matraz a un embudo de separación, deje reposar hasta
la separación de fases, elimine la capa inferior (Nota 1), lave dos
veces el cloruro de ter-butilo formado con una disolución de
carbonato de sodio al 10 % (2.5 mL cada vez) (Nota 2). Seque el
cloruro de ter-butilo con sulfato de sodio anhidro y purifíquelo por
destilación simple (Nota 3). Recoja la fracción que destila entre 42-45
O
C.
Notas:
1) La fase inferior corresponde al HCl residual.
2) Durante los lavados el cloruro de ter-butilo queda en la fase
superior. Consulte la densidad del cloruro de ter-butilo.
3) Use un sistema de destilación sencilla, caliente el matraz
sumergido en un baño maría. Reciba el destilado en un matraz
con un baño de hielo.
39
Química de Alimentos. Manual de Experimentos de Química Orgánica II (1407).
VI. ANTECEDENTES.
a) Obtención de haluros de alquilo.
b) Propiedades físicas, químicas y toxicidad de los reactivos y
productos.
c) Mecanismo de SN1.
d) Mecanismo de SN2.
e) Comparación de los mecanismos de SN1 y SN2.
f) Estudio de las reacciones de equilibrio.
VII. CUESTIONARIO.
1) ¿Cuál es el mecanismo de reacción para la obtención del cloruro
de ter-butilo?
2) Consulte la toxicidad del ter-butanol, ácido clorhídrico y del cloruro
de ter-butilo.
3) Los residuos de la reacción contienen agua, cloruro de calcio y terbutanol. ¿Qué es necesario hacer antes de desecharlos por el
drenaje?
4) Asigne las bandas principales presentes en los espectros de IR a
los grupos funcionales de reactivos y productos.
40
Química de Alimentos. Manual de Experimentos de Química Orgánica II (1407).
VIII. ESPECTROS DE IR.
a) Espectro de IR del ter-butanol.
100.0
90
2567.10
80
1656.87
70
645.77
60
%T
1022.28
466.11
50
40
749.25
30
1472.14
1239.19
20
10
3.8
4000.0
2972.94
3371.92
1202.01
1381.33
1364.66
3000
2000
1500
cm-1
b) Espectro de IR del cloruro de ter-butilo.
41
913.43
1000
450.0
Química de Alimentos. Manual de Experimentos de Química Orgánica II (1407).
IX. BIBLIOGRAFÍA.
1) Morrison R. T., Boyd, R. N., Química Orgánica, Pearson
Educación, México, 1998.
2) Brewster, R. Q., Vanderwerf, C. A., Curso de Química Orgánica
Experimental, Alambra, Madrid, 1974.
3) Moore, A. J., Dalrymple, D. L., Experimental Methods in Organic
Chemistry, Saunders College, Philadelphia, 1982.
42
Química de Alimentos. Manual de Experimentos de Química Orgánica II (1407).
OBTENCIÓN DE CLORURO DE ter-BUTILO.
ter-Butanol
HCl, CaCl2
•
•
Agitar 15 min
Separar fases
Acuosa
Orgánica
HCl
Cloruro de ter-butilo,
agua, HCl
D1
•
Orgánica
•
Lavar con Na2CO3
Acuosa
Secar con Na2SO4
Líquido
Sólido
Cloruro de
ter-butilo
Na2SO4
H2O
H2O
NaCl
D2
• Destilar
Residuo
Residuos
destilado
Destilado
D3
Cloruro de
ter-butilo
D4
D1, D3: Revisar el pH, neutralizar y desechar por el drenaje.
D2: Si contiene ter-butanol, destilar el agua y mandar a incineración el
residuo.
D4: Mandar a incineración.
43
Química de Alimentos. Manual de Experimentos de Química Orgánica II (1407).
44
Química de Alimentos. Manual de Experimentos de Química Orgánica II (1407).
PRÁCTICA
2B
Reacciones de Sustitución
Nucleofílica Alifática.
Obtención de Bromuro de n-Butilo.
I. OBJETIVOS.
a) Obtención de un haluro de alquilo primario a partir de un alcohol
primario mediante una reacción de sustitución nucleofílica.
b) Investigar el mecanismo y las reacciones competitivas que ocurren
durante la reacción.
ECUACIÓN:
OH
+ NaBr + H2SO4
n-Butanol
Δ
Br
+ NaHSO4 + H2O
Bromuro de Ácido sulfúrico Bromuro
sodio
(98 % m)
de n-butilo
Masa molar (g/mol)
Densidad (g/mL)
Punto de fusión°C
Punto de ebullición
(°C)
Masa (g)
Volumen (mL)
Cantidad de
sustancia (mol)
45
Química de Alimentos. Manual de Experimentos de Química Orgánica II (1407).
II. MATERIAL.
Agitador de vidrio
Vaso de precipitados de 400 mL
Vaso de precipitados de 50 mL
Embudo de adición con tapón
Refrigerante con
mangueras
Manguera de hule para conexión
Probeta graduada de 10 mL
Matraz erlenmeyer de 50 mL
Matraz de bola quickfit de 25 mL
Matraz pera de dos bocas 50 mL
Matraz erlenmeyer de 125 mL
Pinzas de tres dedos con nuez
Vidrio de reloj
1
1
1
1
1
1
1
2
1
1
1
4
1
Porta-termómetro
Matraz kitazato de 125 mL
Recipiente de peltre
Espátula
Tapón monohoradado para
erlenmeyer de 50 mL
"T" de destilación
Parrilla de calentamiento
Termómetro -10 a 400 OC
Columna Vigreaux
Colector
"T" de vacío
Tubo de vidrio de 20 cm
III. SUSTANCIAS.
Bromuro de sodio
Disolución de NaOH al 5% m
Ácido sulfúrico conc. (98 %
m)
7.0 g
5.0 mL
5.0 mL
Hidróxido de sodio
n-Butanol
Sulfato de sodio
anhidro
10.0 g
5.0 mL
1g
IV. INFORMACIÓN.
Los alcoholes son compuestos poco costosos y se consiguen con
facilidad. Un alcohol posee un grupo saliente fuertemente básico al
que un nucleófilo no puede desplazar. Una forma de convertir un
grupo OH en una base débil es protonándolo y así pueda ser
desplazado por nucleófilos débilmente básicos, como los haluros.
Cuando un alcohol reacciona con un haluro de hidrógeno lo hace a
través de una reacción SN2.
46
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
Química de Alimentos. Manual de Experimentos de Química Orgánica II (1407).
V. PROCEDIMIENTO.
En un matraz pera de dos bocas de 50 mL coloque 5 mL de agua,
añada 7 g de bromuro de
sodio, agite y adicione 5 mL
de
n-butanol.
Mezcle
perfectamente,
añada
cuerpos de ebullición y
adapte un sistema de
destilación fraccionada y
una trampa de disolución
de sosa (25 mL) como lo
indica la figura.
Enfríe el matraz en un baño
de hielo y pasados unos
Disolución de NaOH
minutos adicione por la
Baño de aire
boca lateral del matraz 5.0
mL de ácido sulfúrico
concentrado, mediante un
embudo de adición, en porciones de aproximadamente 1 mL cada
vez (Nota 1). Terminada la adición, retire el baño de hielo y el
embudo de adición y tape la boca lateral del matraz de pera con el
tapón esmerilado.
Caliente la mezcla de reacción suavemente empleando un baño de
aire. Se empieza a notar el progreso de la reacción por la aparición
de dos fases, siendo la fase superior la que contiene el bromuro de
n-butilo. Reciba el destilado en un recipiente enfriado en un baño de
hielo (Nota 2). Continúe la destilación hasta que la fase superior
desaparezca. (Nota 3).
Pase el destilado al embudo de separación y lávelo con 5 mL de
agua (el bromuro es la capa inferior), agite vigorosamente. Verifique
que el pH no sea ácido (en caso necesario haga otro lavado con 5
mL de agua). Transfiera el bromuro de n-butilo húmedo a un matraz
erlenmeyer y seque con sulfato de sodio anhidro. Decante al matraz
de pera y destile por destilación simple, colecte la fracción que destila
47
Química de Alimentos. Manual de Experimentos de Química Orgánica II (1407).
entre 80-90OC en un recipiente al cual previamente se le determinó
su masa.
Notas:
1) ¡CUIDADO! el ácido sulfúrico causa severas quemaduras. Use
lentes de seguridad y agite después de cada adición.
2) En el condensador se forma una mezcla aceitosa de agua con
bromuro de n-butilo.
3) Analice cuidadosamente cada uno de los pasos involucrados en
este procedimiento; trabaje con ventilación adecuada ya que
puede haber desprendimientos de HBr.
VI. ANTECEDENTES.
a) Obtención de haluros de alquilo.
b) Propiedades físicas, químicas y toxicidad de los reactivos y
productos.
c) Mecanismo de SN1.
d) Mecanismo de SN2.
e) Comparación de los mecanismos de SN1 y SN2.
f) Estudio de las reacciones de equilibrio.
48
Química de Alimentos. Manual de Experimentos de Química Orgánica II (1407).
VII. CUESTIONARIO.
1) ¿Qué tipo de mecanismo sigue esta reacción?
2) Considerando los residuos de la mezcla de reacción, ¿cuál
procedimiento químico realizaría antes de desecharla?
3) ¿Cómo eliminaría los residuos de la disolución de hidróxido de
sodio y de ácido sulfúrico concentrado?
4) Asigne las bandas principales presentes en los espectros de IR a
los grupos funcionales de reactivos y productos.
VIII. ESPECTROS DE IR.
a) Espectro de IR del n-butanol.
100.0
90
899.44
80
70
60
1214.52
%T 50
40
1112.03
30
20
10.2
4000.0
844.91
734.91
645.00
1379.43
2942.50
3347.50
1464.07
3000
950.32
1042.33
2000
cm-1
49
1500
1072.21
989.69
1000
500 295.0
Química de Alimentos. Manual de Experimentos de Química Orgánica II (1407).
b) Espectro de IR del bromuro de n-butilo.
100.
90
1078.42
80
994.05
796.71
70
951.72
60
%
T
1294.94
50
915.04
866.70
40
1380.11
740.44
562.31
30
643.68
20
10
1464.53
2933.80
1438.05
2960.37
1216.12
1261.72
2873.55
2.0
3000
2000
cm-1
1500
1000
450
IX. BIBLIOGRAFÍA.
1) Pavia, D., Lampman, G. M., Kriz, Jr. G. S., Introduction to Organic
Laboratory Techniques: A Microscale Approach, Thomson Brooks,
California, 2007.
2) Vogel, A. I., Vogel’s Textbook of Practical Organic Chemistry, John
Wiley, New York, 1989.
3) Brewster, R. Q., Vanderwerf, C. A., Curso de Química Orgánica
Experimental, Alambra, Madrid, 1974.
4) Allinger, N. L., et al., Química Orgánica, Reverté, Barcelona, 1984.
5) Lehman, J. W., Operational Organic Chemistry: A Laboratory
Course, Allyn & Bacon, Boston, 1988.
50
Química de Alimentos. Manual de Experimentos de Química Orgánica II (1407).
OBTENCIÓN DE BROMURO DE n-BUTILO.
H2O
NaBr
•
•
•
•
Agitar, agregar el n-butanol
Enfriar, agregar H2SO4 lentamente
Tapar, adaptar trampa
Destilar
Destilado
Residuos de
destilación
n-Butanol,
NaBr, NaHSO4
Bromuro de n-butilo
impuro, H2SO4
•
•
Lavar con agua
Separar
Orgánica
•
•
Sólido
Residuos de
la trampa
NaBr,
NaOH
D1
D2
Acuosa
Secar con Na2SO4
Decantar
H2SO4
Líquido
D3
• Destilar
Na2SO4
Destilado
D4
Bromuro
de n-butilo
Residuo
Residuo de
destilado
D5
D1, D3: Revisar el pH, neutralizar la disolución y desechar por el drenaje.
D2, D4: Filtrar sólidos presentes, neutralizar la disolución y desecharla por
el drenaje. Los sólidos se pueden desechar.
D5: Mandar a incineración.
51
Química de Alimentos. Manual de Experimentos de Química Orgánica II (1407).
52
Química de Alimentos. Manual de Experimentos de Química Orgánica II (1407).
PRÁCTICA
3
Deshidratación de Alcoholes.
Obtención de Ciclohexeno.
I. OBJETIVOS.
a) Preparar ciclohexeno por deshidratación catalítica de ciclohexanol.
b) Comprender la influencia de factores experimentales que
modifican una reacción reversible.
ECUACIÓN:
OH
H2SO4
+
Ciclohexanol
Masa molar (g/mol)
Densidad (g/mL)
Punto de fusión (°C)
Punto de ebullición
(°C)
Masa (g)
Volumen (mL)
Cantidad de
sustancia (mol)
53
Ácido sulfúrico
(98% m)
H 2O
Ciclohexeno
Química de Alimentos. Manual de Experimentos de Química Orgánica II (1407).
II. MATERIAL.
Agitador de vidrio
Matraz bola quickfit de 25 mL
"T" de vacío
Columna vigreaux
Embudo de separación con
tapón
Matraces erlenmeyer de 50 mL
Matraz kitazato
Colector
"T" de destilación
Vaso de precipitados de 50 mL
Vaso de precipitados de 250
mL
Matraz pera de una boca de 50
mL
Espátula
1
1
1
1
1
2
1
1
1
1
2
Probeta graduada de 10 mL
Pipeta graduada de 5 mL
Refrigerante con mangueras
Tubo de vidrio de 20 cm
Pinzas de tres dedos con
nuez
Termómetro de -10 a 400 OC
Tubo de goma de 30 cm
Parrilla de calentamiento
Porta-termómetro
Tubos de ensayo
Tapón monohoradado
1
1
1
1
2
1
1
Recipiente de peltre
1
1
III. SUSTANCIAS.
Ciclohexanol
5.0 mL
Ácido sulfúrico conc.
(98 % m)
Disol. de NaHCO3 al
5% m
Sulfato de sodio
anhidro
Bicarbonato de sodio
0.5 mL
10 mL
1.0 g
Disol. de KMnO4 al
25 mL
0.2% m
Disol. de bromo en CCl4 1 mL
Disol. saturada de
NaHCO3
Cloruro de sodio Q. P.
15 mL
1.0 g
2.0 g
IV. INFORMACIÓN.
La reacción para obtener ciclohexeno a partir de ciclohexanol es
reversible.
La reversibilidad de una reacción se puede evitar:
54
1
1
1
1
3
Química de Alimentos. Manual de Experimentos de Química Orgánica II (1407).
i) Si se elimina el producto del medio de reacción a medida que
ésta sucede.
ii) Si se aumenta la concentración de uno o varios de los
reactivos.
iii) Si se aumenta o disminuye la temperatura en el sentido que
se favorezca la reacción directa, etc.
Por lo tanto, las condiciones experimentales en las que se efectúa
una reacción determinan los resultados de ésta, en cuanto a calidad
y cantidad del producto obtenido.
V. PROCEDIMIENTO.
Preparar el ciclohexeno a partir de ciclohexanol por dos
procedimientos diferentes (Método A y Método B) y comparar los
resultados obtenidos en cuanto a calidad y cantidad del producto, con
el fin de determinar qué método es más eficiente.
Luego se comprobará a través de reacciones específicas de
identificación, la presencia del enlace doble C=C en el ciclohexeno
obtenido (pruebas de insaturación).
Método A. Por eliminación del producto del medio de reacción por un
proceso de destilación.
Monte un equipo de destilación fraccionada (Nota 1). En el matraz
pera de una boca de 50 mL coloque 5.0 mL de ciclohexanol, agregue
gota a gota y agitando 0.25 mL de ácido sulfúrico concentrado, añada
cuerpos de ebullición y adapte el resto del equipo. Posteriormente
vierta en la trampa 25 mL de la disolución de permanganato de
potasio.
Emplee un baño de aire y caliente moderadamente el vaso de
precipitados con el mechero, a través de la tela de asbesto. Reciba el
destilado en el matraz de bola y colecte todo lo que destile entre 8085 OC enfriando con un baño de hielo.
55
Química de Alimentos. Manual de Experimentos de Química Orgánica II (1407).
Suspenda el calentamiento
cuando sólo quede un
pequeño residuo en el
matraz o bien empiecen a
aparecer vapores blancos de
SO3 (Nota 2).
Sature el destilado con
cloruro de sodio y decántelo
en el embudo de separación,
lávelo 3 veces con una
disolución de bicarbonato de
sodio al 5 % empleando
porciones de 2.5 mL cada
vez.
Coloque la fase orgánica en
un vaso de precipitados y séquela con sulfato de sodio anhidro. Esta
fase orgánica debe ser ciclohexeno, el cual deberá purificar por
destilación simple, empleando un baño de aire (Nota 3). Colecte la
fracción que destila a la temperatura de ebullición del ciclohexeno
(Nota 4).
La cabeza y la cola de la destilación pueden utilizarse para hacer las
pruebas de insaturación, que se indican al final de este
procedimiento. Mida el volumen obtenido del producto y calcule el
rendimiento de la reacción.
Método B. Por reflujo directo, manteniendo el producto en el medio de
reacción.
La realización de este método tiene por objetivo establecer una
comparación con el anterior en cuanto a los resultados que se
obtengan. Por esta razón, sólo un alumno pondrá en práctica este
método en tanto los demás deberán tomar en cuenta este resultado
para hacer la comparación respectiva.
56
Química de Alimentos. Manual de Experimentos de Química Orgánica II (1407).
Monte un equipo de reflujo directo. En el matraz pera de una boca
coloque 5.0 mL de ciclohexanol, agregue gota a gota y agitando 0.25
mL de ácido sulfúrico concentrado, agregue cuerpos de ebullición y
adapte el resto del equipo.
Caliente el sistema con el mechero a través de la tela de alambre con
asbesto, empleando un baño de aire, durante 45 minutos. Luego
déjelo enfriar un poco y vierta la mezcla de reacción en una
suspensión de 1 g de bicarbonato de sodio en 5 mL de agua.
Separe entonces la fase orgánica, lávela con 3 porciones de 2.5 mL
de una disolución saturada de bicarbonato de sodio y séquela con
sulfato de sodio anhidro. Purifique el ciclohexeno obtenido por
destilación simple, empleando un baño de aire (Nota 4). Mida el
volumen obtenido del producto y calcule el rendimiento de la
reacción.
REALICE LAS SIGUIENTES PRUEBAS DE INSATURACIÓN:
1) Reacción con Br2/CCl4.
En un tubo de ensayo coloque 1 mL de disolución de bromo en
tetracloruro de carbono, agregue 1 mL de ciclohexeno y agite.
Observe e interprete los resultados. Escriba la ecuación de la
reacción que se lleva a cabo.
2) Reacción con KMnO4.
En un tubo de ensayo coloque 1 mL de disolución de
permanganato de potasio y acidifíquela a pH 2 ó 3 (puede
utilizarse la disolución de KMnO4 de la trampa), agregue 1 mL
de ciclohexeno y agite. Observe e interprete los resultados.
Escriba la ecuación de la reacción que se lleva a cabo.
57
Química de Alimentos. Manual de Experimentos de Química Orgánica II (1407).
Resuma en el siguiente cuadro los datos experimentales de los dos
métodos de obtención del ciclohexeno.
Método
Condiciones
experimentales
Temperatura
de la
destilación (°C)
Volumen
del
destilado
(mL)
Rendimiento
de la
reacción
(%)
A
B
Notas:
1) Para aumentar el gradiente de temperatura en la columna cúbrala
exteriormente con fibra de vidrio.
2) Enfríe muy bien el aparato antes de desmontar y coloque el matraz
de bola con su tapón en un baño de hielo.
3) Tenga cuidado de utilizar el material bien limpio y seco.
4) El punto de ebullición del ciclohexeno es de 83-84 OC a 760 mm
Hg y como la presión atmosférica en la Ciudad Universitaria, D. F.
es de 570-590 mm Hg, el punto de ebullición del ciclohexeno es
de 71-74 OC.
VI. ANTECEDENTES.
a) Propiedades físicas, químicas y toxicidad de reactivos y productos.
b) Deshidratación catalítica de alcoholes para obtener alquenos.
Mecanismo de reacción.
58
Química de Alimentos. Manual de Experimentos de Química Orgánica II (1407).
c) Influencia de las condiciones experimentales en la reversibilidad de
una reacción.
d) Reacciones de adición a enlaces dobles.
VII. CUESTIONARIO.
1) Con base en los resultados obtenidos, ¿cuál de los dos métodos
es el más eficiente para obtener ciclohexeno? Explique.
2) a) ¿Qué es una reacción reversible?
b) ¿Qué es una reacción irreversible?
c) ¿Qué es una reacción en equilibrio?
3) ¿Cuáles fueron los principales factores experimentales que se
controlaron en esta práctica?
4) ¿Qué debe hacer con los residuos de la reacción depositados en
el matraz antes de desecharlos por el drenaje?
5) ¿Cuál es la toxicidad de los productos que se forman al realizar las
pruebas de instauración?
6) Asigne las bandas principales presentes en los espectros de IR a
los grupos funcionales de reactivos y productos.
59
Química de Alimentos. Manual de Experimentos de Química Orgánica II (1407).
VIII. ESPECTROS DE IR.
a) Espectro de IR del ciclohexanol.
100.1
90
1714.25
80
925.22
70
789.02
1139.78
1174.81
60
%T
50
2668.41
1238.99
889.53
40
1299.02
1025.52
30
1259.61
844.61
20
2935.10
10
3.9
2860.48
968.32
1453.51
1365.22
1069.22
3347.12
4000.0
3000
2000
1500
1000
605.0
cm-1
b) Espectro de IR del ciclohexeno.
100.0
90
810.29
80
1385.23
1324.77
1654.88
1268.51
1039.06
2659.39
70
60
%T
50
454.49
1449.39
405.97
1139.62
877.40
918.89
1440.19
719.89
40
30
20
10
3.8
4000.0
2927.11
3021.68
2860.04
2839.50
3000
643.34
2000
1500
cm-1
60
1000
500
245.0
Química de Alimentos. Manual de Experimentos de Química Orgánica II (1407).
IX. BIBLIOGRAFÍA.
1) Brewster, R. Q., Vanderwerf, C. A., Curso de Química Orgánica
Experimental, Alambra, Madrid, 1974.
2) Vogel, A. I., Vogel’s Textbook of Practical Organic Chemistry, John
Wiley, New York, 1989.
3) Pavia, D., Lampman, G. M., Kriz, Jr. G. S., Introduction to Organic
Laboratory Techniques: A Microscale Approach, Thomson Brooks,
California, 2007.
4) Lehman, J. W., Operational Organic Chemistry: A Laboratory
Course, Allyn & Bacon, Boston, 1988.
5) Mohring, J. R., Neckers, D. C., Laboratory Experiments in Organic
Chemistry, D. van Nostrand Company, Inc., New York, 1973.
61
Química de Alimentos. Manual de Experimentos de Química Orgánica II (1407).
OBTENCIÓN DE CICLOHEXENO.
Ciclohexanol
H2SO4 conc.
•
Destila
Residuo
Destilado
H2SO4, materia
orgánica degradada
Trampa de
KMNO4
Ciclohexeno,
agua
•
•
D1
D6
Saturar con NaCl
Lavar con NaHCO3 (5 %)
Orgánica
Acuosa
Ciclohexeno impuro,
húmedo
•
•
Líquido
Secar con Na2SO4
Decantar o filtrar
Sólido
Ciclohexeno
impuro
•
Ciclohexeno
puro
•
D4
D3
Destilado
Residuos
orgánicos
D2
Na2SO4
Destilar
Residuo
NaCl,
NaHCO3
Na2SO4
• + Br2
trans-1,2-Dibromociclohexano
D5
Tomar
• + KMnO4
MnO2,
cis-1,2-ciclohexanodiol
D6
D1: Separar fases, mandar a incineración la fase orgánica, utilizar la fase
acuosa para neutralizar D2.
D2: Neutralizar con D1 y revisar pH.
D3: Secar para uso posterior.
D4, D5: Mandar a incineración.
D6: Filtrar el MnO2, etiquetarlo y confinarlo. Revisar el pH al líquido y
desechar por el drenaje.
62
Química de Alimentos. Manual de Experimentos de Química Orgánica II (1407).
PRÁCTICA
4A
Reacciones de Sustitución
Electrofílica Aromática.
Obtención de p-Yodoanilina.
I. OBJETIVOS.
a) Conocer una reacción de sustitución electrofílica aromática.
b) Efectuar una reacción que permita obtener un haluro de arilo.
c) Observar el efecto activante del grupo amino en el anillo aromático
ante una sustitución electrofílica aromática, al reaccionar con un
halógeno poco reactivo (I2).
ECUACIÓN:
H2N
H2N
+
I2 + NaHCO3
+ NaI
H2O
I
63
+ CO2
+
H2O
Química de Alimentos. Manual de Experimentos de Química Orgánica II (1407).
Anilina
Yodo
Bicarbonato
de sodio
p-Yodoanilina
Masa molar
(g/mol)
Densidad (g/mL)
Punto de fusión
(°C)
Punto de
ebullición (°C)
Masa (g)
Volumen (mL)
Cantidad de
sustancia (mol)
II. MATERIAL.
Vidrio de reloj
Termómetro de -10 a 400 OC
Recipiente eléctrico baño maría
Embudo büchner con alargadera
y manguera
Matraz erlenmeyer de 125 mL
Probeta graduada de 10 mL
Vaso de precipitados de 100 mL
Vaso de precipitados de 400 mL
Cámara para cromatografía
Agitador de vidrio
1
1
1
1
Agitador magnético
Barra magnética
Recipiente de peltre
Frascos viales con tapón
1
1
1
2
1
1
1
1
1
1
Embudo de vidrio
Matraz kitazato
Espátula
Pinza de 3 dedos con nuez
Portaobjetos
Lámpara de UV
1
1
1
1
2
1
III. SUSTANCIAS.
Anilina
Hexano
Acetato de etilo
Gel de sílice
Agua destilada
1.2 mL
60 mL
1 mL
2g
100 mL
64
Etanol
Bicarbonato de sodio
Yodo
Carbón activado
1 mL
1.5 g
2.7 g
0.3 g
Química de Alimentos. Manual de Experimentos de Química Orgánica II (1407).
IV. INFORMACIÓN.
La presente práctica es un caso de una sustitución electrofílica
aromática (SEA). El yodo constituye el electrófilo, el cual es atacado
por el anillo aromático para producir el intermediario sigma con carga
positiva.
El grupo amino en la anilina es un activador del anillo aromático, de
ahí que su rapidez de reacción sea superior a la del benceno y
además es un orientador orto y para. Sólo se observa el ataque del
anillo aromático en la posición para, debido a que la molécula de yodo
permite una interacción estérica con la amina, la cual por su geometría
(tetraédrica), impide un acercamiento a las posiciones vecinas (orto).
V. PROCEDIMIENTO.
En un matraz erlenmeyer de 125 mL, mezcle 1.5 g de bicarbonato de
sodio, 20 mL de agua destilada y 1.2 mL de anilina. Enfríe
exteriormente por medio de un baño de agua-hielo, tratando de
mantener una temperatura entre 12-15 OC. Usando el agitador
magnético, agite constantemente y añada 2.7 g de yodo (Nota 1) en
pequeñas porciones, de manera que la adición dure 15 min.
Una vez terminada la adición, continúe la agitación durante 20 min,
manteniendo la temperatura entre 12-15 OC. Se observa la formación
de una emulsión café oscuro y el desprendimiento de CO2.
Deje la mezcla de reacción a temperatura ambiente por 10 min.
Después de este tiempo la reacción es completa y se observa un
precipitado café oscuro (Nota 2) y el desprendimiento de CO2 ha
cesado.
Filtre el precipitado al vacío y lávelo con tres porciones de 20 mL de
agua destilada. Para recristalizar el producto, coloque el sólido en un
matraz erlenmeyer de 125 mL y agregue 40 mL de hexano, hierva a
baño maría por 5 min, manteniendo el volumen constante.
65
Química de Alimentos. Manual de Experimentos de Química Orgánica II (1407).
Posteriormente agregue 0.1 g de carbón activado (para decolorar la
disolución) y vuelva a hervir. Filtre en caliente y lave el residuo con 5
mL más de hexano. Coloque el filtrado en un baño de hielo hasta que
el producto precipite y vuelva a filtrar el precipitado al vacío (Nota 3).
Mida la masa y el punto de fusión del producto obtenido y calcule el
rendimiento de la reacción. Realice una cromatografía en placa fina,
comparando la anilina con el producto, para lo cual coloque una
pequeña cantidad del sólido obtenido en un frasco vial y disuélvalo
con una pequeña cantidad de etanol. Haga lo mismo con una pequeña
cantidad de anilina. Aplique las muestras en una cromatoplaca y eluya
con una mezcla de hexano-acetato de etilo (7:3). Revele con luz
ultravioleta.
Notas:
1) La masa del yodo se mide en un frasco vial y se mantiene tapado.
2) Se forma un aceite oscuro que se va convirtiendo en precipitado a
medida que transcurre el tiempo.
3) La filtración debe hacerse lo más rápidamente posible para evitar
que el aire circule a través de los cristales por un tiempo
prolongado porque el producto se oxida fácilmente.
VI. ANTECEDENTES.
a) Sustitución electrofílica aromática.
b) Métodos de obtención de haluros de arilo.
c) Mecanismo de reacción y efecto de los sustituyentes.
d) Propiedades físicas, químicas y toxicidad de reactivos y productos.
66
Química de Alimentos. Manual de Experimentos de Química Orgánica II (1407).
VII. CUESTIONARIO.
1) ¿Qué efecto tiene el grupo amino de la anilina en una reacción de
sustitución electrofílica aromática?
2) ¿Cuál es el electrófilo?
3) ¿Cuál es la función del bicarbonato de sodio en esta reacción?
4) De acuerdo a sus propiedades físicas, ¿de qué otra manera se puede
purificar la p-yodoanilina además de la recristalización?
5) Asigne las bandas principales presentes en los espectros de IR a los
grupos funcionales de reactivos y productos.
VIII. ESPECTROS DE IR.
a) Espectro de IR de la anilina.
67
Química de Alimentos. Manual de Experimentos de Química Orgánica II (1407).
b) Espectro de IR de la p-yodoanilina.
IX. BIBLIOGRAFÍA.
1) Brewster, R. Q., Organic Syntheses, Coll. Vol. 2, 347, 1943.
2) Hogdson, H., Marsden, E. J., J. Chem. Soc., 1937, p. 1365.
3) Vogel, A. I., Vogel’s Textbook of Practical Organic Chemistry, John
Wiley, New York, 1989.
68
Química de Alimentos. Manual de Experimentos de Química Orgánica II (1407).
OBTENCIÓN DE p-YODOANILINA.
Anilina, agua,
NaHCO3
•
•
•
•
•
•
Enfriar (12-15 °C)
Agregar I2
Agitar
Reposar 10 min
Filtrar a temperatura ambiente
Lavar con agua
Sólido
Líquido
NaI
p-yodoanilina
•
•
•
•
Agregar hexano
Calentar a baño maría
Agregar carbón activado
Filtrar
Sólido
Líquido
Lavar el sólido
con hexano y
juntar el
líquido con la
disolución
Carbón
activado con
trazas de
p-yodoanilina
D2
D1
p-yodoanilina
+ hexano
Líquido
Hexano con trazas
de p-yodoanilina
•
•
Enfriar
Filtrar
Sólido
p-yodoanilina
D3
D1: Recupere el NaI.
D2: Lave el carbón activado con una disolución de NaHCO3 al 10% y
confine para incinerar. La disolución se desecha al drenaje.
D3: Si el hexano es una cantidad considerable, se puede recuperar. El
sólido se puede emplear para análisis elemental orgánico.
69
Química de Alimentos. Manual de Experimentos de Química Orgánica II (1407).
70
Química de Alimentos. Manual de Experimentos de Química Orgánica II (1407).
PRÁCTICA
4B
Reacciones de Sustitución
Electrofílica Aromática.
Yodación de la Vainillina.
I. OBJETIVOS.
a) Llevar a cabo la yodación de la vainillina para ejemplificar una
reacción de sustitución electrofílica aromática.
b) Observar el efecto de los sustituyentes en el anillo aromático ante
una sustitución electrofílica aromática.
ECUACIÓN:
O
O
H
+
NaI +
I
H
NaClO
+ NaCl
OH
OH
OCH3
OCH3
71
+ NaOH
Química de Alimentos. Manual de Experimentos de Química Orgánica II (1407).
Vainillina
Yoduro de
sodio
Hipoclorito
de sodio
(6 % m)
Yodo
vainillina
Masa molar
(g/mol)
Densidad
(g/mL)
Punto de
fusión (°C)
Punto de
ebullición
(°C)
Masa (g)
Volumen
(mL)
Cantidad de
sustancia
(mol)
II. MATERIAL.
Vidrio de reloj
Recipiente eléctrico baño maría
Embudo büchner con
alargadera y manguera
Matraz erlenmeyer de 50 mL
Probeta graduada de 25 mL
Vaso de precipitados de 50 mL
Vaso de precipitados de 100
mL
Embudo de vidrio
Frascos viales
Portaobjetos
1 Agitador magnético
Barra magnética
1 Recipiente de peltre
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
Matraz kitazato
Espátula
Pipeta pasteur
Vaso de precipitados de 400
mL
1 Pinza de 3 dedos con nuez
2 Cámara para cromatografía
2 Lámpara UV-VIS
72
1
1
1
Química de Alimentos. Manual de Experimentos de Química Orgánica II (1407).
III. SUSTANCIAS.
Vainillina
Yoduro de sodio
Tiosulfato de sodio
(10 % m)
Ácido clorhídrico
Hexano
0.2 g
0.25 g
2.0 mL
Etanol
Acetato de etilo
Hipoclorito de sodio
(cloralex, 6 % m)
Gel de sílice
2.5 mL
10 mL
4 mL
10 mL
2.2 mL
IV. INFORMACIÓN.
Recientemente, los yodofenoles son importantes en la industria
química y farmacológica, debido a que se usan como agentes de
imagen en técnicas de diagnóstico médico no invasivas.
El I2 es el menos reactivo de los halógenos en la SEA, y usualmente se
utiliza un agente oxidante para hacerlo un mejor electrófilo. Sin
embargo, para especies activadas tales como los fenoles hay
bastantes evidencias de que el I2 es la entidad atacante.
V. PROCEDIMIENTO.
En un matraz erlenmeyer de 50 mL, disuelva 0.2 g de vainillina en 4 mL
de etanol. Introduzca el matraz en un baño de hielo y adicione 0.25 g
de yoduro de sodio. Con agitación agregue a la disolución fría, 2.2 mL
de blanqueador cloralex gota a gota, en un período de 10 min. La
disolución tomará un color café rojizo. Una vez terminada la adición,
deje que la disolución llegue a temperatura ambiente y agítela durante
10 minutos más. Agite suavemente y agregue 2 mL de una disolución
al 10 % de tiosulfato de sodio. La disolución se tornará turbia y tomará
un color amarillo grisáceo. Acidule con ácido clorhídrico 3 M hasta pH
ácido.
73
Química de Alimentos. Manual de Experimentos de Química Orgánica II (1407).
Evapore el exceso de etanol (caliente suavemente si es necesario).
Enfríe en un baño de hielo por diez minutos y filtre al vacío el sólido
formado. Lave los cristales con agua helada.
Recristalice el producto crudo con acetato de etilo. Mida la masa y el
punto de fusión del producto obtenido y calcule el rendimiento de la
reacción. Realice una cromatografía en capa fina, comparando la
vainillina con el producto, para lo cual coloque una pequeña cantidad
del sólido obtenido en un frasco vial y disuélvalo con una pequeña
cantidad de etanol. Haga lo mismo con una pequeña cantidad de
vainillina. Aplique las muestras en una cromatoplaca y elúyala tres
veces con una mezcla de hexano-acetato de etilo (9:1). Revele con luz
ultravioleta.
VI. ANTECEDENTES.
a) Sustitución electrofílica aromática.
b) Métodos de obtención de haluros de arilo.
c) Mecanismo de reacción y efecto de los sustituyentes.
d) Propiedades físicas, químicas y toxicidad de reactivos y productos.
VII. CUESTIONARIO.
1) ¿Por qué precipita el producto al adicionar el HCl?
2) Explique los efectos directores de los sustituyentes en la vainillina.
3) Escriba el mecanismo de la reacción de yodación de la vainillina.
4) ¿Cuál es la función del tiosulfato de sodio en esta reacción?
5) Asigne los bandas principales presentes en los espectros de IR a los
grupos funcionales de reactivos y productos.
74
Química de Alimentos. Manual de Experimentos de Química Orgánica II (1407).
VIII. ESPECTROS DE IR.
a) Espectro de IR de la vainillina.
b) Espectro de IR de la yodovainillina.
75
Química de Alimentos. Manual de Experimentos de Química Orgánica II (1407).
IX. BIBLIOGRAFÍA.
1) Edgar, K. J., Falling, S. N., JOC, 1990, 55, 5287-5291.
2) Doxsee, K. 3er. Simposio Internacional de Química en Microescala,
2005, Centro Mexicano de Química en Microescala. UIA.
YODACIÓN DE LA VAINILLINA.
Vainillina
+
etanol
• Enfriar
• Adicionar yoduro de sodio
• Agregar NaClO
Mezcla de reacción
•
•
•
•
•
Líquido
Agitar 10 min
Agregar tiosulfato de sodio
Acidular con HCl
Evaporar el EtOH
Filtrar
Sólido
Disolución
acuosa ácida
Yodovainillina
•
Recristalizar
D1
Yodovainillina pura
D1: Neutralizar y desechar al drenaje.
76
Química de Alimentos. Manual de Experimentos de Química Orgánica II (1407).
PRÁCTICA
5
Reacciones de Sustitución
Nucleofílica Aromática.
Obtención de 2,4-Dinitrofenilhidracina y
2,4-Dinitrofenilanilina.
I. OBJETIVOS.
a) Obtener la 2,4-dinitrofenilhidracina y la 2,4-dinitrofenilanilina,
mediante reacciones sustitución nucleofílica aromática.
b) Analizar las características de los compuestos aromáticos
susceptibles de reaccionar a través de reacciones de sustitución
nucleofílica aromática.
c) Buscar la aplicación de estos compuestos.
ECUACIONES:
Cl
NHNH2
+
O2N
NH2NH2
+
NO2
Cl
O 2N
NO2
H
N
H2 N
+
O2 N
HCl
+
NO2
O2N
77
NO2
HCl
Química de Alimentos. Manual de Experimentos de Química Orgánica II (1407).
2,4Hidrato de
Dinitrocloro- hidracina
benceno
(50-60 %)
Anilina
2,42,4Dinitrofenil- Dinitrofenilhidracina
anilina
Masa molar
(g/mol)
Densidad
(g/mL)
Punto de
fusión (°C)
Punto de
ebullición
(°C)
Masa (g)
Volumen
(mL)
Cantidad de
sustancia
(mol)
II. MATERIAL.
Agitador de vidrio
Vaso de precipitados de150 mL
Probeta de 25 mL
Embudo büchner con alargadera
Matraz kitazato de 250 mL con
manguera
Matraz erlenmeyer de 50 mL
Cámara para cromatografía
Termómetro de -10 a 400 ºC
Embudo de vidrio
1
1
1
1
1
Espátula
Vidrio de reloj
Baño de agua eléctrico
Recipiente de peltre
Pinzas de 3 dedos con nuez
1
1
1
1
1
2
1
1
1
Pipeta graduada de 5 mL
Portaobjetos
Par de guantes de hule
Frascos viales
1
2
1
2
III. REACTIVOS.
2,4-Dinitroclorobenceno
Hidrato de hidracina (50-60 % m)
Hexano
Bicarbonato de sodio 10% m)
0.5 g
0.7 mL
10 mL
10 mL
78
Etanol
Anilina
Acetato de etilo
Gel de sílice
30 mL
0.5 mL
10 mL
Química de Alimentos. Manual de Experimentos de Química Orgánica II (1407).
IV. INFORMACIÓN.
Los nucleófilos pueden desplazar 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).
V. PROCEDIMIENTO.
SÍNTESIS DE 2,4-DINITROFENILHIDRACINA.
En un matraz erlenmeyer de 50 mL disuelva 0.5 g de 2,4dinitroclorobenceno en 5 mL de etanol tibio. Con agitación
constante agregue gota a gota 0.7 mL de hidrato de hidracina. Al
terminar la adición, caliente la mezcla (sin que hierva) por 10 min.
Enfríe, agregue NaHCO3 al 10% hasta pH=8-9 y filtre al vacío, el
precipitado se lava en el mismo embudo con 3 mL de agua
caliente y luego con 3 mL de alcohol tibio. Seque al vacío, mida la
masa y el punto de fusión del producto obtenido y calcule el
rendimiento de la reacción. Haga una cromatoplaca para
determinar la pureza del producto eluyendo con una mezcla de
hexano:acetato de etilo (3:2).
SÍNTESIS DE 2,4-DINITROFENILANILINA.
En un matraz erlenmeyer de 50 mL coloque 10 mL de etanol, 0.5 g
de 2,4-dinitroclorobenceno y 0.5 mL de anilina sin dejar de agitar.
Caliente la mezcla de reacción en baño maría durante 15 minutos
sin llegar a la ebullición y agitando constantemente. Enfríe
agregue NaHCO3 al 10% hasta pH=8-9 y filtre el sólido formado
con ayuda de vacío. Recristalice de etanol, filtre y seque el
producto, mida la masa y el punto de fusión del producto obtenido
y calcule el rendimiento de la reacción. Haga una cromatoplaca
para determinar la pureza del producto eluyendo con una mezcla
de hexano:acetato de etilo (3:2).
.
79
Química de Alimentos. Manual de Experimentos de Química Orgánica II (1407).
VI. ANTECEDENTES.
a) Sustitución nucleofílica aromática, condiciones necesarias para que
se efectúe.
b) Comparación de estas condiciones con las que se requieren para
efectuar una sustitución electrofílica aromática.
c) Utilidad de la sustitución nucleofílica aromática.
d) Diferencias con la sustitución nucleofílica alifática.
e) Toxicidad de reactivos y productos.
VII. 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.
3) ¿Por qué la anilina es menos reactiva que la hidracina en la SNAr? ¿A
qué lo atribuye?
4) Escriba las formas 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 puedan ser susceptibles
de sufrir una sustitución nucleofílica aromática. Fundamente su
elección.
6) ¿Por qué el 2,4-dinitroclorobenceno es irritante a la piel, a las
mucosas y a los ojos?
80
Química de Alimentos. Manual de Experimentos de Química Orgánica II (1407).
VIII. ESPECTROS DE IR.
a) Espectro de IR del 2,4-dinitroclorobenceno.
b) Espectro de IR de la 2,4-dinitrofenilhidracina.
81
Química de Alimentos. Manual de Experimentos de Química Orgánica II (1407).
c) Espectro de IR de la anilina.
d) Espectro de IR de la 2,4-dinitrofenilanilina.
82
Química de Alimentos. Manual de Experimentos de Química Orgánica II (1407).
IX. BIBLIOGRAFÍA.
1) Vogel, A. I., Vogel’s Elementary Practical Organic Chemistry, Part 1:
Preparations, Longman, London, 1980.
2) Morrison R. T., Boyd, R. N., Química Orgánica, Pearson Educación,
México, 1998.
3) Bruice, P. Y., Química Orgánica, Pearson Educación, México, 2008.
4) Carey, F. A., Química Orgánica, McGraw-Hill, México, 2006.
5) Wade, Jr. L. G., Química Orgánica, Pearson Educación, Madrid,
2004.
83
Química de Alimentos. Manual de Experimentos de Química Orgánica II (1407).
OBTENCIÓN DE 2,4-DINITROFENILHIDRACINA.
2,4-Dinitroclorobenceno
+ etanol
•
•
•
•
Sólido
Agitar
Hidrato de hidracina
Calentar
Enfriar y filtrar
Líquido
2,4-Dinitrofenilhidracina
2,4-Dinitroclorobenceno
+ etanol + hidracina
D1
D1: ¡Residuo tóxico! Puede contener 2,4-dinitroclorobenceno, se absorbe
por vía oral, cutánea o respiratoria. El hidrato de hidracina es
corrosivo y puede causar cáncer en animales. Evite usar exceso de
este reactivo cuando haga la mezcla de reacción. Guarde el desecho
para enviar a incineración. Si la hidracina (o sus derivados) no está
mezclada con otros residuos, puede tratarse con hipoclorito de sodio.
84
Química de Alimentos. Manual de Experimentos de Química Orgánica II (1407).
OBTENCIÓN DE 2,4-DINITROFENILANILINA.
2,4-Dinitroclorobenceno
+ etanol
•
•
•
•
Sólido
Agitar
Anilina
Calentar
Enfriar y filtrar
Líquido
2,4-Dinitrofenilanilina
2,4-Dinitroclorobenceno
+ etanol + anilina
D1
D1: El residuo puede contener compuestos tóxicos e irritantes. Manéjese
en la campana. La disolución puede absorberse sobre carbón
activado hasta la eliminación del color. La disolución incolora
contiene etanol, si la cantidad es grande, puede recuperarse por
destilación. Si es muy poca, puede desecharse por el drenaje. El
residuo del carbón activado se confina para su incineración.
85
Química de Alimentos. Manual de Experimentos de Química Orgánica II (1407).
86
Química de Alimentos. Manual de Experimentos de Química Orgánica II (1407).
PRÁCTICA
6A
Oxidación de Alcoholes.
Obtención de Butiraldehído.
I. OBJETIVOS.
a) Ejemplificar un método para obtener aldehídos alifáticos mediante
la oxidación de alcoholes.
b) Formar un derivado sencillo del aldehído obtenido para
caracterizarlo.
ECUACIÓN:
H
2
OH
+ K2Cr2O7 + H2SO4
2
n-Butanol Dicromato
de potasio
Masa molar
(g/mol)
Densidad (g/mL)
Punto de fusión
(°C)
Punto de
ebullición (°C)
Masa (g)
Volumen (mL)
Cantidad de
sustancia (mol)
87
O + K2SO4 + 2 H2CrO3 + H2O
Ácido
sulfúrico
(98 % m)
Butiraldehído
Química de Alimentos. Manual de Experimentos de Química Orgánica II (1407).
II. MATERIAL.
Matraz pera de dos bocas de 50
mL
Refrigerante con mangueras
Embudo de filtración rápida
Embudo de adición con tapón
Espátula
Tubos de ensaye
Vaso de precipitados de 250 mL
Pinzas para tubo de ensayo
Vidrio de reloj
Recipiente de peltre
Termómetro de -10 a 400 OC
Embudo büchner con alargadera
Pinzas de tres dedos con nuez
1 Matraz kitazato con
manguera
1 Matraz erlenmeyer 50 mL
1 "T" de destilación
1 Colector
1 Porta-termómetro
2 Parrilla de calentamiento
3 Probeta graduada de 25
mL
1 Vaso de precipitados de
150 mL
1 Pipeta Pasteur de 1 mL
1 Pipeta graduada de 5 mL
1 Matraz erlenmeyer 125 mL
1 Columna vigreaux
2 Resistencia eléctrica
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
III. SUSTANCIAS.
Disolución de 2 4dinitrofenilhidracina
Dicromato de potasio
n-Butanol
2 mL
1.2 g
1.6 mL
Ácido sulfúrico conc. 0.5 mL
(98 % m)
Etanol
5.0 mL
IV. 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 experimenta después una
eliminación 1,2 produciendo el enlace doble del grupo carbonilo.
88
Química de Alimentos. Manual de Experimentos de Química Orgánica II (1407).
Los aldehídos son compuestos con punto de ebullición menor que el
de los alcoholes y de los ácidos carboxílicos con masa molar
semejantes.
V. PROCEDIMIENTO.
A un matraz pera de dos bocas de 50 mL de capacidad adapte por
una de ellas, un embudo de adición y por la otra un sistema de
destilación fraccionada con una columna vigreaux.
En un vaso de precipitados disuelva 1.2 g de dicromato de potasio en
12.5 mL de agua, añada cuidadosamente y con agitación 0.5 mL de
ácido sulfúrico concentrado (Nota 1).
Adicione 1.6 mL de n-butanol al matraz pera (no olvide agregar
cuerpos de ebullición) y en el embudo de adición coloque la
disolución de dicromato de potasio-ácido sulfúrico. Caliente el
n-butanol usando un baño de aire, de manera que los vapores del
alcohol lleguen a la columna de fraccionamiento. Agregue entonces,
gota a gota, la disolución de dicromato de potasio-ácido sulfúrico en
un lapso de 15 minutos (Nota 2), de manera que la temperatura en la
parte superior de la columna no exceda de 80-85 OC (Nota 3).
Cuando se ha añadido todo el agente oxidante continúe calentando
la mezcla suavemente por 15 minutos más y colecte en la probeta la
fracción que destila abajo de los 90 OC (Nota 4).
Pase el destilado a una pipeta pasteur con bulbo (limpia), separe la
fase acuosa, mida el volumen del butiraldehído obtenido y calcule el
rendimiento de la reacción.
Al producto obtenido, agregue 2 mL de una disolución de 2,4dinitrofenilhidracina en un tubo de ensayo y agite vigorosamente; al
dejar reposar precipita el derivado del aldehído el cual puede purificar
por cristalización de etanol-agua. El punto de fusión reportado para la
2,4-dinitrofenilhidrazona del butiraldehído es de 122 OC.
89
Química de Alimentos. Manual de Experimentos de Química Orgánica II (1407).
Notas:
1) ¡PRECAUCIÓN! La reacción es exotérmica. Cuando se enfría la
disolución, el dicromato cristaliza, de ser así, caliente suavemente
con flama y pásela al embudo de separación en caliente. Continúe
con la técnica.
2) Más o menos dos gotas por segundo.
3) La oxidación del alcohol se efectúa con producción de calor, pero
puede ser necesario calentar la mezcla de vez en cuando para
que la temperatura no baje de 75 OC.
4) La probeta en la que reciba el destilado debe estar en baño de
hielo.
VI. ANTECEDENTES.
a) Oxidación. Diferentes agentes oxidantes. Acción sobre alcoholes y
grupo carbonilo de aldehídos y cetonas.
b) Métodos de obtención de aldehídos y cetonas.
c) Propiedades físicas, químicas y toxicidad de los reactivos y
productos.
d) Principales derivados de aldehídos y cetonas usados para su
caracterización (reactivos y reacciones).
VII. CUESTIONARIO.
1) ¿Cuál es la finalidad de hacer la mezcla de dicromato de potasio,
agua y ácido sulfúrico?
2) Explique como evita que el n-butiraldehído obtenido en la práctica
se oxide al ácido n-butírico.
90
Química de Alimentos. Manual de Experimentos de Química Orgánica II (1407).
3) ¿Cómo puede comprobar que obtuvo el n-butiraldehído en la
práctica?
4) ¿Cómo deben desecharse los residuos de sales de cromo?
5) Asigne las bandas principales presentes en los espectros de IR a
los grupos funcionales de reactivos y productos.
VIII. ESPECTROS DE IR.
a) Espectro de IR del n-butanol.
100.0
90
899.44
80
70
60
1214.52
%T 50
844.91
734.91
645.00
40
1112.03
30
1379.43
20
2942.50
3347.50
950.32
1042.33
1464.07
1072.21
989.69
10.2
4000.0
3000
2000
1500
cm-1
91
1000
500
295.0
Química de Alimentos. Manual de Experimentos de Química Orgánica II (1407).
b) Espectro de IR del butiraldehído.
100.0
90
80
1145.22
3432.38
70
1384.58
60
%T 50
40
2709.28
1460.71
30
20
2966.17
2879.91
10
4.4
4000.0
3000
1727.34
2000
1500
1000
cm-1
c) Espectro de IR de la 2,4-dinitrofenilhidrazona del butiraldehído.
92
600.0
Química de Alimentos. Manual de Experimentos de Química Orgánica II (1407).
IX. BIBLIOGRAFÍA.
1) Vogel, A. I., Vogel’s Textbook of Practical Organic Chemistry, John
Wiley, New York, 1989.
2) Morrison R. T., Boyd, R. N., Química Orgánica, Pearson Educación,
México, 1998.
3) Brieger, G., Química Orgánica Moderna: Curso Práctico de
Laboratorio, Harper & Rew Publishers, New York, 1970.
93
Química de Alimentos. Manual de Experimentos de Química Orgánica II (1407).
OBTENCIÓN DE BUTIRALDEHÍDO.
n-Butanol
• Calentar a ebullición
• K2Cr2O7/H2SO4 gota a gota
Mezcla de reacción
O
• Destilar hasta 90 C
Residuo
Destilado
Sales de cromo
Butiraldehído + H2O
D1
• Separar
Fase acuosa
Fase orgánica
H2O
Butiraldehído
D2
• Tomar muestra +
2,4-dinitrofenilhidracina
2,4-Dinitrofenilhidrazona
del butiraldehído
D3
D1: Agregar bisulfito de sodio sólido para pasar todo el Cr(VI) a Cr(III)
(Hacer esto en la campana). Precipitar con sosa. Filtrar el
precipitado (Cr(OH)3). Repetir la operación hasta no tener
precipitado. La disolución debe neutralizarse para ser desechada
por el drenaje. El hidróxido debe mandarse a confinamiento
controlado.
D2: Desecharse por el drenaje.
D3: Filtrar. Mandar- sólidos a incinerar. Tratar el líquido con carbón
activado hasta eliminación del color naranja.
94
Química de Alimentos. Manual de Experimentos de Química Orgánica II (1407).
PRÁCTICA
6B
Oxidación de Alcoholes.
Identificación
de
desconocidos
por
dinitrofenilhidrazona
correspondiente.
alcoholes
medio
de
del
primarios
la
2,4aldehído
I. OBJETIVOS.
a. Preparar el oxidante necesario para realizar una reacción redox
con un alcohol primario.
b. Efectuar una reacción de oxidación de un alcohol primario para
obtener el aldehído correspondiente.
c. Formar un derivado sencillo del aldehído obtenido para
caracterizarlo.
ECUACIÓN:
H
H C OH
+
OXIDANTE
R C O
H
H
95
+
PRODUCTO REDUCIDO
Química de Alimentos. Manual de Experimentos de Química Orgánica II (1407).
n-Propanol
n-Butanol
n-Pentanol
Cu(OH)2·C
uCO3
(Malaquita)
Masa molar
(g/mol)
Densidad (g/mL)
Punto de fusión
(°C)
Punto de
ebullición (°C)
Masa (g)
Volumen (mL)
Cantidad de
sustancia (mol)
II. MATERIAL.
Tubo de ensayo de 10 mL
Tapón monohoradado para el
tubo de ensayo
Tubo de desprendimiento
Pinza para tubo de ensayo
Cámara para cromatografía
Espátula
Recipiente de peltre
Vaso de precipitados de 50 mL
3 Mechero de alcohol
1 Vaso de precipitados de
100 mL
1 Embudo Büchner
1 Matraz kitazato
1 Portaobjetos
1 Resistencia eléctrica
1 Pipeta graduada de 5 mL
1 Pinza de 3 dedos
1
2
1
1
2
1
1
1
III. SUSTANCIAS.
Carbonato de cobre
(malaquita)
Alcohol problema
Solución acuosa de
hidróxido de calcio o bario
Acetato de etilo
2g
2 mL
5 mL
Disolución de 2, 4dinitrofenilhidracina
Etanol
Hexano
10 mL
Sílica Gel
96
2 mL
10.0 mL
10 mL
Química de Alimentos. Manual de Experimentos de Química Orgánica II (1407).
IV. INFORMACIÓN.
Los alcoholes primarios se oxidan fácilmente mediante distintos tipos
de reactivos, incluyendo reactivos de cromo, permanganato, ácido
nítrico e incluso hipoclorito de sodio.
Al calentar el carbonato de cobre con una llama suave, se obtiene el
oxidante necesario para obtener un aldehído a partir de un alcohol.
Los aldehídos son compuestos con punto de ebullición menor que el
de los alcoholes y de los ácidos carboxílicos con masa molar
semejantes.
Al hacer reaccionar un aldehído con una disolución de 2,4dinitrofenilhidracina, se obtiene un compuesto fácilmente identificable
por sus propiedades físicas como lo es el punto de fusión.
V. PROCEDIMIENTO.
En un tubo de ensayo de 10 mL, se miden 2 g de carbonato de cobre
(malaquita). Poner un tapón de hule con un tubo de desprendimiento.
Utilizando unas pinzas para tubo de ensayo para sostener el tubo, se
calienta utilizando un mechero de alcohol con una flama suave y el
gas que se desprende se burbujea dentro de otro tubo de ensayo que
contiene 5 mL de una disolución acuosa de hidróxido de calcio o
bario (nota 1).
Una vez que ya no hay desprendimiento del gas, se deja enfriar el
tubo de ensayo, el cual contiene el agente oxidante, se le agregan 2
mL del alcohol problema, se pone un tapón de fibra de vidrio en la
boca del tubo y se vuelve a adaptar el tapón de hule con un tubo de
desprendimiento y se calienta de nuevo con el mechero de alcohol.
El gas que se desprende se burbujea en una disolución de 2,4dinitrofenilhidracina contenida en otro tubo de ensayo (nota 2). Se
debe formar un precipitado (nota 3), el cual se aísla por medio de una
filtración al vacío. Se deja secar y se recristaliza con una mezcla de
etanol-agua (nota 4).
Una vez que se obtiene el compuesto puro, se determina su punto de
fusión y se efectúa una cromatografía en capa fina del producto de la
97
Química de Alimentos. Manual de Experimentos de Química Orgánica II (1407).
reacción, utilizando como eluyente una mezcla de hexano-acetato de
etilo 85:15.
Con los datos proporcionados por el maestro, en cuanto al punto de
fusión y el Rf de los derivados de los aldehídos que se formaron,
determinar cuál es el alcohol problema del que se partió.
Notas:
1) Anote sus observaciones.
2)
Se debe tener cuidado de que la disolución de 2,4dinitrofenilhidracina no se regrese por el tubo de desprendimiento.
3) Si después de que se termina el calentamiento no se observa
ningún precipitado, enfriar el tubo con hielo.
4) No agregar demasiado etanol para recristalizar.
VI. ANTECEDENTES.
a) Oxidación. Diferentes agentes oxidantes. Acción sobre alcoholes y
grupo carbonilo de aldehídos y cetonas.
b) Métodos de obtención de aldehídos y cetonas.
c) Propiedades físicas, químicas y toxicidad de los reactivos y
productos.
d) Principales derivados de aldehídos y cetonas usados para su
caracterización (reactivos y reacciones).
98
Química de Alimentos. Manual de Experimentos de Química Orgánica II (1407).
VII. CUESTIONARIO.
1) ¿Cuál es la finalidad de calentar con flama suave el carbonato de
cobre?
2) ¿Qué se observa en el tubo de ensayo cuando se está calentando
el carbonato de cobre y qué se observa al burbujear el gas que se
produce en la disolución de hidróxido de calcio o bario? ¿qué es
ese gas? ¿qué es el líquido que se forma en las paredes del tubo?
3) ¿Cómo puede identificar de qué alcohol problema se trata?
4) Asigne las bandas principales presentes en los espectros de IR a
los grupos funcionales de reactivos y productos.
VIII. ESPECTROS DE IR.
a) Espectro de IR de un alcohol.
100.0
90
899.44
80
70
60
1214.52
%T 50
844.91
734.91
645.00
40
1112.03
30
1379.43
20
2942.50
3347.50
950.32
1042.33
1464.07
1072.21
989.69
10.2
4000.0
3000
2000
1500
cm-1
99
1000
500
295.0
Química de Alimentos. Manual de Experimentos de Química Orgánica II (1407).
b) Espectro de IR de un aldehído .
100.0
90
80
1145.22
3432.38
70
1384.58
60
%T 50
40
2709.28
1460.71
30
20
2966.17
2879.91
10
4.4
4000.0
3000
1727.34
2000
1500
1000
cm-1
c) Espectro de IR de la 2,4-dinitrofenilhidrazona de un aldehído.
100
600.0
Química de Alimentos. Manual de Experimentos de Química Orgánica II (1407).
IX. BIBLIOGRAFÍA.
1) Vogel, A. I., Vogel’s Textbook of Practical Organic Chemistry, John
Wiley, New York, 1989.
2) Morrison R. T., Boyd, R. N., Química Orgánica, Pearson Educación,
México, 1998.
3) Brieger, G., Química Orgánica Moderna: Curso Práctico de
Laboratorio, Harper & Rew Publishers, New York, 1970.
4) Pasto, D. J., Johnson, C. R., Determinación de Estructuras Orgánicas,
Reverté, México, 1974.
5) Shriner, R. L., Fuson, R. C., Curtin, D. Y., Identificación Sistemática de
Compuestos Orgánicos, Limusa, México, 1990.
101
Química de Alimentos. Manual de Experimentos de Química Orgánica II (1407).
OXIDACION DE ALCOHOLES
Cu(OH)2·
CuCO3
Calentar con flama
Sólido
Gas
Burbujear en una disolución de Ca(OH)2
Oxidante
CaO + H2O
D1
•Agregar el alcohol problema
•Calentar con flama suave
•Burbujear en la disolución de 2,4-dinitrofenilhidrazina
•filtrar
Residuo (tubo)
Precipitado
2,4-Dinitrofenilhidrazona
Cobre metálico
•Recristalizar con EtOH/H2O
•Filtrar
D2
Filtrado
EtOH
2,4-dinitrofenilhidracina
Precipitado
2,4-Dinitrofenilhidrazona
pura
D3
D1: Filtrar.
D2: Cobre metálico.
D3: Adsorber sobre carbón activado hasta eliminar el color, filtrar y
desechar la disolución por el drenaje. Enviar a incineración el
carbón utilizado.
102
Química de Alimentos. Manual de Experimentos de Química Orgánica II (1407).
PRÁCTICA
7
Reducción del Grupo Nitro.
Obtención de m-Nitroanilina a partir de
m-Dinitrobenceno.
I. OBJETIVOS.
a) Efectuar una reducción selectiva de un grupo nitro del
m-dinitrobenceno, para obtener la m-nitroanilina.
b) Realizar la separación y la purificación de una amina con base a
sus propiedades ácido-base.
ECUACIÓN:
NH2
NO2
1) S8, NaOH
H2O, 55 0C
+
2) HCl
NO2
3) NaOH
[HO2S(S6)SO2Na]*
NO2
* El producto que se obtiene a partir
del S8 no ha sido identificado.
103
Química de Alimentos. Manual de Experimentos de Química Orgánica II (1407).
m-Dinitrobenceno
Azufre
m-Nitroanilina
Masa molar (g/mol)
Densidad (g/mL)
Punto de fusión (°C)
Punto de ebullición
(°C)
Masa (g)
Volumen (mL)
Cantidad de
sustancia (mol)
II. MATERIAL.
Matraz bola de fondo plano de
125 mL
Matraz erlenmeyer de 125 mL
Agitador de vidrio
Matraz kitazato 250 mL con
manguera
Pinza de 3 dedos con nuez
Parrilla de agitación con
calentamiento
Embudo de vidrio de tallo corto
T de destilación
Colector
1
Espátula
1
2
1
Vidrio de reloj
Barra de agitación
Vaso de precipitados 50
mL
Probeta de 10 mL
Embudo büchner con
alargadera
Refrigerante para agua
Tapón quickfit
1
1
1
2
1
1
1
1
1
1
1
III. SUSTANCIAS.
m-Dinitrobenceno
Azufre
Disolución de ácido
clorhídrico conc.
1.0 g
1.7 g
10 mL
104
Hidróxido de sodio
0.85 g
Etanol
20 mL
Disolución de hidróxido 20 mL
de sodio (30 % m)
Química de Alimentos. Manual de Experimentos de Química Orgánica II (1407).
IV. INFORMACIÓN.
La reducción de un grupo nitro a un grupo amino supone la reducción
del átomo de nitrógeno a su estado de oxidación más bajo.
Es el método más útil para preparar aminas, porque utiliza materias
primas fáciles de adquirir y genera el tipo más importante de aminas:
las aminas primarias aromáticas.
La reducción catalítica o mediante cloruro estannoso son las más
utilizadas en el laboratorio.
Las aminas aromáticas primarias resultantes de la reducción de estos
nitrocompuestos se convierten, sin mayores problemas en sales de
diazonio. A su vez el grupo diazo de estas sales es reemplazable por
una gran variedad de otros grupos.
V. PROCEDIMIENTO.
En un matraz bola de fondo plano de 125 mL adicione 1.0 g de mdinitrobenceno, 1.7 g de azufre en polvo y una disolución de
hidróxido de sodio en una mezcla de etanol-agua (se disuelven 0.85
g de NaOH en 7.5 mL de agua y 7.5 mL de etanol). Se adapta un
refrigerante de agua en posición de reflujo y se calienta con agitación
magnética durante 45 min. Terminado el tiempo de calentamiento, se
adapta un equipo de destilación simple y se destila el etanol. Una vez
destilado el etanol, la mezcla de reacción se vierte sobre un vaso de
precipitados de 50 mL que contenga 5 mL de una disolución de ácido
clorhídrico concentrado (compruebe que el pH de la mezcla de
reacción sea de 1). Caliente la mezcla de reacción y filtre por
gravedad y al filtrado, bajo agitación se le adiciona una disolución de
hidróxido de sodio al 30 % hasta que la disolución tenga un pH
básico (compruebe que el pH de la mezcla de reacción sea de 1012). Se obtiene un precipitado el cual se aísla por filtración al vacío,
se deja secar, se mide la masa y el punto de fusión y se determina el
rendimiento de la reacción.
105
Química de Alimentos. Manual de Experimentos de Química Orgánica II (1407).
VI. ANTECEDENTES.
a) Diferentes agentes reductores para obtener aminas a partir de
derivados nitrados.
b) Agentes reductores selectivos de grupos nitro más empleados en
el laboratorio.
c) Importancia de esta reacción como método preparativo de aminas.
d) Reducción de derivados nitrados en medio básico y productos que
se pueden aislar en esta reducción.
e) Efecto de los sustituyentes en la regioselectividad de la reducción
selectiva de compuestos polinitrados.
f) Toxicidad de reactivos y productos.
VII. CUESTIONARIO.
1) ¿De qué manera eliminó el m-dinitrobenceno que no reaccionó?
2) ¿Cómo se eliminaron los restos del azufre del seno de la
reacción?
3) ¿Cómo regeneró al final la amina ya purificada?
4) ¿Qué le sucedería a usted si permanece en contacto directo y
prolongado con la m-nitroanilina?
5) ¿Es tóxico el m-dinitrobenceno?
6) ¿Qué pH tienen los efluentes líquidos de la reacción?
7) ¿Qué tratamiento les daría para desecharlos en el drenaje?
8) Asigne las bandas principales presentes en los espectros de IR a
los grupos funcionales de reactivos y productos.
106
Química de Alimentos. Manual de Experimentos de Química Orgánica II (1407).
VIII. ESPECTROS DE IR.
a) Espectro de IR del m-dinitrobenceno.
b) Espectro de IR de la m-nitroanilina.
107
Química de Alimentos. Manual de Experimentos de Química Orgánica II (1407).
IX. BIBLIOGRAFÍA.
1) Fieser, L. F., Williamson, K. L., Organic Experiments, D. C. Heath,
Massachusetts, 1992.
2) Solomons, T. W. G., Fundamentals of Organic Chemistry, John
Wiley, New York, 1997.
3) Vogel, A. I., Vogel’s Textbook of Practical Organic Chemistry, John
Wiley, New York, 1989.
4) Wade, Jr. L. C., Química Orgánica, Pearson Educación, Madrid,
2004.
5) Weiss, H.; Journal of Chemical Education 43, 384-385, 1966.
6) Niknam, K., Kiasat, A. R., Kazemi, F., Hossieni A., Phosphorus,
Sulfur, and Silicon and Related Elements 178, 1385-1389, 2003.
7) McLaughlin, M. A., Barnes, D. M., Tetrahedron Letters 47, 90959097, 2006.
108
Química de Alimentos. Manual de Experimentos de Química Orgánica II (1407).
OBTENCIÓN DE m-NITROANILINA.
m-Dinitrobenceno
+ azufre en polvo
+ disol. NaOH + EtOH + H2O
• Calentar 45 min
• Destilar el EtOH
• Verter en HCl conc.
• Filtrar
Sólido
m-Dinitrobenceno
+ azufre
D3
Líquido
Mezcla de reacción
• Agregar NaOH (30 %)
a pH 10-12
D1
Sólido
m-Nitroanilina
Líquido
NaCl + agua
D2
D1: Separar los sólidos de la disolución y confinarlos. La disolución se
absorbe sobre carbón activado, éste se manda a incinerar. La
disolución se desecha por el drenaje.
D2: Separar los sólidos y guardarlos como “problema”. La disolución se
neutraliza y se desecha por el drenaje.
D3: Guardar para su posterior purificación.
109
Química de Alimentos. Manual de Experimentos de Química Orgánica II (1407).
110
Química de Alimentos. Manual de Experimentos de Química Orgánica II (1407).
PRÁCTICA
8
Propiedades de Compuestos
Carbonílicos.
Identificación de Aldehídos y Cetonas.
I. OBJETIVOS.
a) Identificar el grupo carbonilo de aldehídos y cetonas.
b) Distinguir entre un aldehído y una cetona por medio de reacciones
características y fáciles de llevarse a cabo en el laboratorio.
II. MATERIAL.
Matraz kitazato con
manguera
Vaso de precipitados de 150
mL
Probeta graduada de 10 mL
Pinzas para tubo de ensayo
Pipeta de 10 mL
Resistencia eléctrica
Tubos de ensayo
Espátula
2
2
1
2
1
1
18
2
111
Embudo büchner con
alargadera
Matraz erlenmeyer de 50
mL
Agitador de vidrio
Pinza de 3 dedos con nuez
Embudo de vidrio
Vidrio de reloj
Recipiente de peltre
Gradilla
2
2
1
2
2
2
1
1
Química de Alimentos. Manual de Experimentos de Química Orgánica II (1407).
III. SUSTANCIAS.
Disol. de 2,4dinitrofenilhidracina
Etanol
10 mL
20 mL
Disol. de NaOH al 10% m
HNO3 conc. (72 % m)
Disolución de ácido
crómico
10 mL
5 mL
1 mL
Aldehído 1
Cetona 1
1 mL
1 mL
Disol. de AgNO3 al 5% 2 mL
m
Disol. de NH4OH al 5% 5 mL
m
H2SO4 conc.(98 % m)
5 mL
Dioxano
3 mL
Disolución de
15 mL
yodo/yoduro de
potasio
Aldehído 2
1 mL
Cetona 2
1 mL
IV. INFORMACIÓN.
El grupo carbonilo en aldehídos y cetonas reacciona con derivados
del amoniaco produciendo compuestos sólidos de punto de fusión
definido.
El punto de fusión de los derivados de aldehídos y cetonas permite
caracterizarlos cualitativamente.
El grupo carbonilo de aldehídos se oxida fácilmente y el de cetonas
no se oxida.
Las α-hidroxicetonas, así como los azúcares reductores, reaccionan
de manera semejante a los aldehídos.
Las metilcetonas, los metilalcoholes y el acetaldehído dan una
reacción positiva en la prueba del haloformo.
112
Química de Alimentos. Manual de Experimentos de Química Orgánica II (1407).
V. PROCEDIMIENTO.
Cada alumno deberá trabajar con 2 aldehídos y 2 cetonas (aldehído
1, aldehído 2, cetona 1 y cetona 2) que se colocarán en la campana y
debe de realizar las pruebas correspondientes a cada sustancia.
Una vez terminadas las pruebas, se le proporcionará al alumno un
problema al cual le aplicará las pruebas correspondientes y en base
a los resultados obtenidos, concluirá cual es el problema
proporcionado.
Indicaciones de importancia.
1. Es importante que antes de llevar a cabo cada prueba, los tubos
de ensayo y el material a emplear estén limpios.
2. Deberá tener cuidado de no contaminar los reactivos al utilizarlos.
3. El alumno deberá usar las cantidades de reactivos y problemas
especificados en cada prueba, pues un exceso lo puede llevar a
una interpretación falsa.
a) Reacción de identificación del grupo carbonilo.
Preparación de 2,4-dinitrofenilhidrazonas de aldehídos y cetonas.
R'
+
O
+
NH2NH
H
NO2
R'
NO2
NNH
R
+
H2O
R
O2N
O2N
Procedimiento para la reacción de identificación de grupo
carbonilo.
Disuelva 0.5g ó 0.5 mL del compuesto en 4 mL de etanol,
adicione 4 mL de disolución de 2,4-dinitrofenilhidracina y
caliente en baño de agua durante 5 minutos, deje enfriar e
induzca la cristalización agregando una gota de agua y
113
Química de Alimentos. Manual de Experimentos de Química Orgánica II (1407).
enfriando sobre hielo. La aparición de un precipitado indica
prueba positiva y confirma la presencia de un grupo carbonilo.
Filtre el precipitado y recristalice de etanol o etanol-agua. Mida
el punto de fusión o descomposición y consulte las tablas de
derivados.
b) Ensayo con ácido crómico.
Reacción positiva con aldehídos e hidroxicetonas y negativa
para cetonas.
3
R
CH
2 CrO3
3 H2SO4
3 RCOOH
+
3 H2O
+
Cr2(SO4)3
verde
O
Procedimiento para la reacción de identificación.
Disuelva 3 gotas ó 150 mg de aldehído en 1 mL de acetona
(Nota 1), añada 0.5 mL de la disolución de ácido crómico recién
preparada. Un resultado positivo será indicado por la formación
de un precipitado verde o azul de sales cromosas.
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 SOLAMENTE EN CASO DE OBTENER PRUEBA
POSITIVA CON ÁCIDO CRÓMICO PARA EVITAR FALSAS
POSITIVAS.
R
O
RCOO- NH4+ +
+ 2 Ag(NH3)2OH
2 Ag
Espejo
de plata
H
114
+
H 2O
+ 3 NH3
Química de Alimentos. Manual de Experimentos de Química Orgánica II (1407).
Reacción positiva para aldehídos, negativa para cetonas.
Procedimiento para la reacción de identificación.
Preparación del reactivo de hidróxido de plata amoniacal.
En un tubo de ensayo limpio coloque 2 gotas de disolución de
nitrato de plata al 5%, una a dos gotas de sosa al 10% y, gota a
gota con agitación, una disolución de hidróxido de amonio al
5%, justo hasta el punto en que se disuelva el óxido de plata
que precipitó, evitando cualquier exceso. Este reactivo debe
usarse recién preparado por cada alumno.
Al reactivo recién preparado agregue 0.1 g ó 2 gotas de la
sustancia, agite y caliente brevemente en baño de agua. 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.
R
R
O
+ 3 I2
+
+ 3 NaI + 3 H2O
O
3 NaOH
I3C
H3C
R
O
+
NaOH
RCOO- Na+
+
CHI3
Yodoformo
(sólido amarillo)
I3 C
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.
Procedimiento para la reacción de identificación.
115
Química de Alimentos. Manual de Experimentos de Química Orgánica II (1407).
En un tubo de ensayo coloque 0.1 g ó 2 a 3 gotas de la
muestra, agregue 2 mL de agua y si la muestra no es soluble
en ella adicione 3 mL de dioxano. Añada 1 mL de disolución de
NaOH al 10% y después agregue, gota a gota y con agitación,
de 4 a 5 mL de disolución de yodo-yoduro de potasio justo
hasta que el color café oscuro del yodo persista.
Caliente la mezcla en baño de agua durante dos minutos, si
durante este tiempo el color café desaparece, agregue unas
gotas más de la disolución yodo-yoduro de potasio hasta lograr
que el color no desaparezca después de dos minutos de
calentamiento.
Decolore la disolución agregando de 3 a 4 gotas de sosa al
10%, diluya con agua hasta casi llenar el tubo. Deje reposar en
baño de hielo. La formación de un precipitado amarillo
correspondiente al yodoformo indica que la prueba es positiva
(Nota 2).
Notas:
1) La acetona que se usa debe ser pura para análisis, o de
preferencia acetona que ha sido destilada sobre permanganato de
potasio.
2) El precipitado se filtra y se le mide el punto de fusión (119 ºC) sólo
en caso de prueba dudosa.
VI. ANTECEDENTES.
a) Propiedades físicas, químicas y toxicidad de reactivos y productos.
b) Formación de derivados para caracterización de aldehídos y
cetonas.
c) Reacciones de identificación de aldehídos.
d) Reacciones de identificación de cetonas.
116
Química de Alimentos. Manual de Experimentos de Química Orgánica II (1407).
VII. CUESTIONARIO.
1) ¿Cómo identificó el grupo carbonilo en aldehídos y cetonas?
2) Escriba la ecuación química de la reacción que le permitió hacer la
identificación del grupo carbonilo en aldehídos y cetonas.
3) ¿Cómo diferenció a un aldehído de una cetona?
4) Escriba las ecuaciones químicas de las reacciones que le
permitieron diferenciar a un aldehído de una cetona.
5) ¿En qué consiste la reacción del haloformo y en qué casos se
lleva a cabo?
6) Escriba la ecuación química de la reacción del haloformo.
7) Complete el siguiente cuadro, indicando sus resultados:
Reacción con
2,4-dinitrofenilhidracina
Reacción con
ácido crómico
Reacción de
Tollens
Reacción del
yodoformo
p. f. del derivado
Aldehído 1
Aldehído 2
Cetona 1
Cetona 2
Problema
8) Asigne las bandas principales presentes en los espectros de IR a
los grupos funcionales de reactivos y productos.
117
Química de Alimentos. Manual de Experimentos de Química Orgánica II (1407).
VIII. ESPECTROS DE IR.
a) Espectro de IR de un aldehído alifático.
100.0
90
80
1239.26
3432.76
1145.34
70
60
1384.59
%T 50
40
2709.19
1460.71
30
20
2966.17
10
3.8
4000.0
2879.91
3000
1727.33
2000
1500
cm-1
1000
600.0
b) Espectro de IR de un aldehído aromático.
100.0
90
80
70
1071.76
714.10
2818.59
1653.69
1390.67
1022.87
2736.53
60
%T
1287.85
3063.48
1455.36
50
1166.94
1310.53
40
649.80
827.70
30
1583.77
1702.05
10
3.9
4000.0
688.04
745.69
1596.75
20
3000
2000
cm-1
118
1203.54
1500
1000
450.0
Química de Alimentos. Manual de Experimentos de Química Orgánica II (1407).
c) Espectro de IR de una metil-cetona.
100.0
90
80
3414.58
1257.01
3619.57
70
60
%T
759.79
589.54
517.22
1086.30
945.34
1459.74
50
40
1416.71
30
20
2939.60
2979.46
1714.61
1172.38
10
3.8
1365.87
4000.0
3000
2000
cm-1
1500
1000
450.0
d) Espectro de IR de una cetona.
100.0
90
648.73
80
70
968.39
745.67
860.64
3471.56
60
%T
1423.40
1343.64
1310.31
50
40
487.68
1070.42
1015.54
905.03
1449.45
1220.51
30
1117.04
20
2859.76
10
3.5
4000.0
1713.09
2933.01
3000
2000
cm-1
119
1500
1000
400.0
Química de Alimentos. Manual de Experimentos de Química Orgánica II (1407).
IX. BIBLIOGRAFÍA.
1) Vogel, A. I., Vogel’s Textbook of Practical Organic Chemistry, John
Wiley, New York, 1989.
2) Pasto, D. J., Johnson, C. R., Determinación de Estructuras
Orgánicas, Reverté, México, 1974.
3) Shriner, R. L., Fuson, R. C., Curtin, D. Y., Identificación
Sistemática de Compuestos Orgánicos, Limusa, México, 1990.
4) Morrison R. T., Boyd, R. N., Química Orgánica, Pearson
Educación, México, 1998.
5) Allinger, N. L., et al., Química Orgánica, Reverté, Barcelona, 1984.
6) Daniels, R., Rush, C. C., Bauer, L., J. Chem. Ed. 37, 205, 1960.
7) Feigl, F., Anger, V., Pruebas a la Gota en el Análisis Orgánico, El
Manual Moderno, México, 1978.
8) Lehman, J. W., Operational Organic Chemistry: A Laboratory
Course, Allyn & Bacon, Boston, 1988.
9) Mohring, J. R., Neckers, D. C., Laboratory Experiments in Organic
Chemistry, D. van Nostrand Company, Inc., New York, 1973.
120
Química de Alimentos. Manual de Experimentos de Química Orgánica II (1407).
IDENTIFICACIÓN DE ALDEHÍDOS Y CETONAS
a) Reacción de identificación del grupo carbonilo.
Muestra problema +
2,4-dinitrofenilhidracina
1) Calentar
2) Enfriar
Hidrazona
impura
Sólido
3) Filtrar
Hidrazona
pura
4) Recristalizar
EtOH,
Líquido 2,4-dinitrofenilhidracina
b) Ensayo con ácido crómico.
Muestra problema
+ acetona +
reactivo de Jones
Precipitado
verde,
Cr2(SO4)3
D1
D2
c) Reacción de Tollens para identificación de aldehídos.
Muestra problema
+
reactivo de
Tollens
1) Agitar
2) Calentar
Espejo
de
plata
3) + HNO3
D3
d) Prueba del yodoformo.
Sólido
Muestra problema
dioxanos, NaOH
(10 %), disolución
yodo-yoduro
2) Decolorar con NaOH (10%)
1) Calentar
Mezcla color
café
3) Diluir con agua
4) Enfriar
Yodoformo
D4
5) Filtrar
Líquido
NaOH,
disolución
yodo-yoduro
D1: Adsorber sobre carbón activado hasta eliminar el color, desechar la
disolución por el drenaje. Enviar a incineración el carbón utilizado.
D2: Agregar bisulfito de sodio (s) para pasar todo el Cr(VI) a Cr(III) (Hacer
esto en la campana). Precipitar con sosa. Filtrar el precipitado
(Cr(OH)3). Repetir la operación hasta no tener precipitado. La
disolución debe neutralizarse para ser deseducada por el drenaje. El
hidróxido debe mandarse a confinamiento controlado.
D3: Guardar para posterior recuperación de la plata.
D4: Filtrar el sólido y mandarlo a incineración. Adsorber la disolución sobre
carbón activado, neutralizar y desechar por el drenaje. Enviar a
incineración el carbón utilizado.
121
Química de Alimentos. Manual de Experimentos de Química Orgánica II (1407).
122
Química de Alimentos. Manual de Experimentos de Química Orgánica II (1407).
PRÁCTICA
9
Condensación de Claisen-Schmidt.
Obtención de Dibenzalacetona.
I. OBJETIVOS.
a) Efectuar una condensación aldólica cruzada dirigida.
b) Obtener un producto de uso comercial.
ECUACIÓN:
H
O
O
CH3
2
+
O
NaOH
+
CH3
123
2 H2O
Química de Alimentos. Manual de Experimentos de Química Orgánica II (1407).
Benzaldehído
Acetona
Dibenzalacetona
Masa molar (g/mol)
Densidad (g/mL)
Punto de fusión
(°C)
Punto de ebullición
(°C)
Masa (g)
Volumen (mL)
Cantidad de
sustancia (mol)
II. MATERIAL.
Vaso precipitados de 100 mL
Matraz Erlenmeyer de 125 mL
Termómetro de -10 a 400 OC
Probeta graduada de 10 mL
Pipeta de 10 mL
Kitazato con manguera
Pinzas de tres dedos con nuez
Agitador mecánico
Frascos para cromatografía
2
2
1
1
1
1
1
1
1
Embudo de filtración rápida
Vidrio de reloj
Espátula
Agitador de vidrio
Resistencia eléctrica
Recipiente de peltre
Portaobjetos
Barra para agitación
Frascos viales
Embudo büchner con
alargadera
III. SUSTANCIAS.
NaOH
Benzaldehído
Acetato de etilo
Gel de sílice
0.6 g
0.6 mL
1.0 mL
2g
124
Etanol
Acetona
Yodo
Hexano
5.0 mL
0.25 mL
0.01g
5mL
1
1
1
1
1
1
2
1
2
1
Química de Alimentos. Manual de Experimentos de Química Orgánica II (1407).
IV. INFORMACIÓN.
Los aldehídos y las cetonas con hidrógenos en el carbono alfa al
grupo carbonilo sufren reacciones de condensación aldólica.
Los hidrógenos en el carbono alfa al grupo carbonilo son hidrógenos
ácidos.
Las condensaciones aldólicas cruzadas producen una mezcla de
productos.
Las reacciones de condensación entre cetonas y aldehídos no
enolizables producen un solo producto (condensaciones aldólicas
cruzadas dirigidas).
Los productos obtenidos por
reacciones de crotonización.
condensación
aldólica
sufren
La acetona no se polimeriza pero se condensa en condiciones
especiales, dando productos que pueden considerarse como
derivados de una reacción de eliminación.
V. PROCEDIMIENTO.
En un matraz erlenmeyer de 125 mL coloque 0.6 g de NaOH, 6.0 mL
de agua y 5.0 mL de etanol. Posteriormente, agregue poco a poco y
agitando 0.6 mL de benzaldehído y luego 0.25 mL de acetona.
Continúe la agitación durante 20-30 minutos más, manteniendo la
temperatura entre 20-25 OC utilizando baños de agua fría.
Filtre el precipitado, lave con agua fría, seque, recristalice de etanol
(Nota 1). Mida la masa y el punto de fusión del producto obtenido y
calcule el rendimiento de la reacción. Haga una cromatoplaca
comparando la materia prima y el producto.
125
Química de Alimentos. Manual de Experimentos de Química Orgánica II (1407).
Datos cromatoplaca:
Suspensión: Gel de sílice al 35% en CHCl3/MeOH o en acetato de
etilo.
Disolvente: Acetona o acetato de etilo.
Eluyente: Hexano/Acetato de etilo 4.5:0.5.
Revelador: I2 o luz UV.
Nota:
1) Si al recristalizar la disolución se torna de un color rojo-naranja,
puede que se encuentre demasiado alcalina, por lo que será
necesario agregar ácido clorhídrico diluido 1:1, hasta que se tenga
un pH entre 7 y 8.
VI. ANTECEDENTES.
a) Reacciones de condensación aldólica.
b) Reacciones de condensación aldólica cruzada.
c) Otros ejemplos de reacciones de condensación de ClaisenSchmidt (condensación aldólica cruzada dirigida).
d) Usos de la dibenzalacetona.
e) Propiedades físicas, químicas y toxicidad de los reactivos y
productos.
VII. CUESTIONARIO.
1) Explique por qué debe adicionar primero benzaldehído y después
la acetona a la mezcla de la reacción.
2) Explique por qué se obtiene un solo producto y no una mezcla de
productos en esta práctica.
126
Química de Alimentos. Manual de Experimentos de Química Orgánica II (1407).
3) Indique por qué se crotoniza fácilmente el aldol producido.
4) ¿Por qué la disolución no debe estar alcalina al recristalizar?
5) Asigne las bandas principales presentes en los espectros de IR a
los grupos funcionales de reactivos y productos.
VIII. ESPECTROS DE IR.
a) Espectro de IR del benzaldehído.
100.0
90
80
70
1287.85 1071.76
3063.48
714.10
2818.59
1653.69
1390.67
2736.53
60
1455.36
%T 50
40
1166.94
1310.53
649.80
827.70
30
1583.77
688.04
745.69
1596.75
20
10
3.9
4000.0
1022.87
1702.05
3000
2000
cm-1
127
1203.54
1500
1000
450.0
Química de Alimentos. Manual de Experimentos de Química Orgánica II (1407).
b) Espectro de IR de la acetona.
100.0
90
80
784.93
3612.67
3413.45
902.42
70
2925.02
1092.84
60
%T
50
3004.65
40
1222.49
1421.04
1362.92
30
20
530.19
1717.65
10
3.8
4000.0
3000
2000
1500
1000
450.0
cm-1
c) Espectro de IR de la dibenzalacetona.
100.0
90
80
70
3052.40
3025.40
849.97
1284.23
1307.45
60
%T
1494.45
1447.10
50
923.27
883.66
479.35
1343.21
30
1573.88
20
1650.73
10
3.7
558.25
527.82
1100.54
1625.88
40
4000.0
597.24
1074.90
761.85
1193.88
695.02
982.62
1591.34
3000
2000
cm-1
128
1500
1000
450.0
Química de Alimentos. Manual de Experimentos de Química Orgánica II (1407).
IX. BIBLIOGRAFÍA.
1) Vogel, A. I., Vogel’s Textbook of Practical Organic Chemistry, John
Wiley, New York, 1989.
2) Conard, C. R., Dolliver, M. A., Organic Syntheses, Coll. Vol. 2, 167,
1943.
3) Dinwiddie, J. G., White, H. M., Day, W. J., Journal of Organic
Chemistry 27, 327-328, 1962.
4) Lehman, J. W., Operational Organic Chemistry: A Laboratory
Course, Allyn & Bacon, Boston, 1988.
5) Mohring, J. R., Neckers, D. C., Laboratory Experiments in Organic
Chemistry, D. van Nostrand Company, Inc., New York, 1973.
129
Química de Alimentos. Manual de Experimentos de Química Orgánica II (1407).
OBTENCIÓN DE DIBENZALACETONA.
Benzaldehído
+ acetona + H2O
+ NaOH + EtOH
T = 20 OC a 25 OC
en baño de agua
• Agitar
• Filtrar y lavar con agua
Sólido
Líquido
Acetona, NaOH, H2O
EtOH, benzaldehído
Dibenzalacetona
impura
• Lavar con agua hasta pH=7
• Recristalizar de etanol
D2
Sólido
Líquido
Dibenzalacetona
Dibenzalacetona
+ EtOH
D1
D1: Recuperar el etanol por destilación. La dibenzalacetona impura se
puede emplear como sustancia problema de cristalización para otros
cursos.
D2: Hacer ensayo para aldehídos. Si resulta negativo, recuperar el etanol
por destilación y neutralizar el residuo, desechar posteriormente por el
drenaje. Si resulta positivo, agregar más NaOH y acetona, repetir el
proceso para obtener más Dibenzalacetona. Agregar más acetona si
es necesario.
Precauciones: Benzaldehído: LD50 = 1300 mg/kg. Peligroso si se inhala o
se absorbe por la piel causando irritación.
Disposición: Disuelva con un disolvente combustible para ser incinerado.
Productos de descomposición: Humos tóxicos de monóxido y bióxido de
carbono.
130
Química de Alimentos. Manual de Experimentos de Química Orgánica II (1407).
10A
PRÁCTICA
Reacciones de Esterificación de
Ácidos Carboxílicos.
Obtención de Ácido Acetilsalicílico por un
Proceso de Química Verde.
I. OBJETIVOS.
a) Efectuar la síntesis de un derivado de un ácido carboxílico como
lo es un éster.
b) Sintetizar ácido acetilsalicílico por un proceso de química verde.
ECUACIÓN:
OH
O
O
O
OH
O
+
O
1) NaOH
25 0C
2) HCl
O
O
O
+
OH
OH
131
Química de Alimentos. Manual de Experimentos de Química Orgánica II (1407).
Ácido salicílico
Anhídrido acético
Ácido
acetilsalicílico
Masa molar (g/mol)
Densidad (g/mL)
Punto de fusión
(°C)
Punto de ebullición
(°C)
Masa (g)
Volumen (mL)
Cantidad de
sustancia (mol)
II. MATERIAL.
Vaso de precipitados de 100 mL
Matraz kitazato con manguera
Embudo büchner con alargadera
Agitador de vidrio
Recipiente de peltre
Pinza de tres dedos con nuez
1
1
1
1
1
1
Vidrio de reloj
Espátula de acero inoxidable
Matraz erlenmeyer de 125 mL
Recipiente para baño maría
Probeta graduada de 25 mL
Embudo de filtración rápida
III. SUSTANCIAS.
Ácido salicílico
Anhídrido acético
Ácido clorhídrico (50% m)
0.56 g
1.2 mL
10 mL
Hidróxido de sodio
Hidróxido de potasio
Carbonato de sodio
1g
1g
2.4 g
IV. INFORMACIÓN.
El ácido acetilsalicílico es un fármaco maravilloso 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
132
1
1
1
1
1
1
Química de Alimentos. Manual de Experimentos de Química Orgánica II (1407).
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 farmoquímico 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.
V. PROCEDIMIENTO.
En un vaso de precipitados de 100 mL coloque 0.56 g de ácido
salicílico y 1.2 mL de anhídrido acético. Con una varilla de vidrio
mezcle bien los dos reactivos. Una vez que se obtenga una mezcla
homogénea, adicionar 4 lentejas de NaOH (o bien 4 lentejas de KOH
ó 2.4 g de carbonato de sodio) previamente molidas y agitar
nuevamente la mezcla con la varilla de vidrio por 10 minutos.
Adicionar lentamente 6 mL de agua destilada y posteriormente una
disolución de ácido clorhídrico al 50% m 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 medio de una filtración al vacío. Los
cristales del ácido acetilsalicílico se pueden bajar con agua fría (Nota
1).
Purifique el producto crudo por medio de una recristalización con 9 mL
de una mezcla de hexano/acetato de etilo (40:60). Aísle los cristales
por medio de una filtración al vacío. Mida la masa y el punto de fusión
del producto obtenido y calcule el rendimiento de la reacción.
Nota:
133
Química de Alimentos. Manual de Experimentos de Química Orgánica II (1407).
1) Es importante que el agua esté bien fría y que sea poca la
cantidad que se utilice, ya que el ácido acetilsalicílico es
ligeramente soluble en agua.
VI. ANTECEDENTES.
a) Reacciones de los fenoles.
b) Acilación de fenoles.
c) Acidez de los fenoles.
d) Formación de ésteres a partir de fenoles.
e) Reacciones de fenoles con anhídridos de ácidos carboxílicos.
f) Propiedades físicas, químicas y toxicidad de reactivos y productos.
g) Obtención de aspirina.
h) Efectos del ácido acetil salicílico en el organismo.
VII. CUESTIONARIO.
1) Escriba la ecuación química de la reacción efectuada y proponga
un mecanismo de reacción.
2) ¿Para qué se utiliza la base en la reacción?
3) ¿Para qué se utiliza el anhídrido acético?
4) ¿Se podría utilizar cloruro de acetilo en lugar del anhídrido acético?
5) Asigne las bandas principales presentes en los espectros de IR a
los grupos funcionales de reactivos y productos.
VIII. ESPECTROS DE IR.
134
Química de Alimentos. Manual de Experimentos de Química Orgánica II (1407).
a) Espectro de IR del ácido salicílico.
b) Espectro de IR del ácido acetilsalicílico.
IX. BIBLIOGRAFÍA.
135
Química de Alimentos. Manual de Experimentos de Química Orgánica II (1407).
1) Curzons, A. D., Constable, D. J. C., Mortimer, D. N., Cunningham,
V. L., Green Chemistry 3, 1-6, 2001.
2) Handel-Vega, E., Loupy, A. P. D., Collazo, J. M., Pat.
WO1998IB02083 19981218.
3) Zhong, G.-Q., Hecheng Huaxue 11, 160-162, 2003.
OBTENCIÓN DE ÁCIDO ACETILSALICÍLICO.
136
Química de Alimentos. Manual de Experimentos de Química Orgánica II (1407).
Ácido salicílico +
anhídrido acético
• Mezclar
Agregar NaOH, KOH
o carbonato de sodio
• Agitar 10 min
• Acidular con HCl 50 %m
• Filtrar al vacío
Líquido
Sólido
Ácido
acetilsalicílico
Anhídrido acético,
NaCl, KCl
• Recristalizar con
D1
AcOEt:hexano
Líquido
Acetato de etilo
hexano
D2
D1: Neutralizar y desechar por el drenaje.
D2: Destilar para volver a usarlo.
137
Sólido
Ácido
acetilsalicílico
Química de Alimentos. Manual de Experimentos de Química Orgánica II (1407).
138
Química de Alimentos. Manual de Experimentos de Química Orgánica II (1407).
PRÁCTICA
10B
Reacciones de Esterificación de
Ácidos Carboxílicos.
Obtención de Acetato de Isoamilo
(Aceite de Plátano).
I. OBJETIVOS.
a) Preparar un éster a partir de un alcohol y un ácido carboxílico.
b) Aplicar algunas técnicas de laboratorio ya conocidas como son
calentamiento a reflujo, extracción y destilación simple.
ECUACIÓN:
O
HO
1) H2SO4
+
OH
2) NaHCO3
139
O
+
O
H2 O
Química de Alimentos. Manual de Experimentos de Química Orgánica II (1407).
Ácido acético
Alcohol
isoamílico
Acetato de
isoamilo
Masa molar (g/mol)
Densidad (g/mL)
Punto de fusión (°C)
Punto de ebullición
(°C)
Masa (g)
Volumen (mL)
Cantidad de
sustancia (mol)
II. MATERIAL.
Matraz pera de una boca de
50 mL
Probeta graduada de 10 mL
Refrigerante con mangueras
Matraz de bola de 25 mL de
1 boca
"T" de destilación
Parrilla eléctrica
Pinzas de tres dedos
Agitador de vidrio
1
1
1
1
1
Embudo de separación con
tapón
Colector de destilación
Vaso de precipitados de 250 mL
Vaso de precipitados de 100 mL
1
1
2
1
Matraz erlenmeyer de 250 mL
Porta-termómetro
Termómetro de -10 a 400 OC.
Espátula
1
1
1
1
1
1
1
III. SUSTANCIAS.
Alcohol isoamílico
Ácido acético glacial
4.5 mL
6 mL
Ácido sulfúrico conc.
1 mL
IV. INFORMACIÓN.
140
Disol. de NaHCO3 (5 % m)
Disol. saturada de cloruro
de sodio
Sulfato de sodio anhidro
22.5 mL
2.5 g
1g
Química de Alimentos. Manual de Experimentos de Química Orgánica II (1407).
La reacción de un ácido carboxílico con un alcohol en presencia de un
catalizador ácido es uno de los métodos habituales para la
preparación de ésteres.
Tanto la esterificación como la reacción inversa, la hidrólisis de
ésteres, han sido muy estudiadas con el fin de elucidar el mecanismo
de este proceso reversible.
V. PROCEDIMIENTO.
En un matraz pera de 50 mL y de una boca coloque 4.0 mL de alcohol
isoamílico, 6 mL de ácido acético glacial y añada, agitando
cuidadosamente, 1 mL de ácido sulfúrico conc. (Nota 1), agregue
núcleos porosos para regular la ebullición y conecte el condensador
en posición de reflujo.
Caliente la mezcla de reacción en baño de aire manteniendo el reflujo
durante 45 minutos. Pasado este tiempo suspenda el calentamiento,
retire el baño de aire y enfríe la mezcla de reacción a temperatura
ambiente.
Pase la mezcla de reacción a un embudo de separación. Lave el
matraz de reacción con 14 mL de agua fría y pase el agua al embudo
de separación. Agite varias veces, separe la fase acuosa y deséchela.
La fase orgánica contiene el éster y un poco de ácido acético, el cual
puede ser removido por dos lavados sucesivos con 7.5 mL de una
disolución de bicarbonato de sodio al 5% m (Nota 2). Lave la capa
orgánica con 6 mL de agua mezclados con 1.5 mL de una disolución
saturada de cloruro de sodio. Deseche la capa acuosa, vierta la fase
orgánica en un vaso de precipitados y seque con sulfato de sodio
anhidro (Nota 3).
Monte un aparato de destilación simple (Nota 4), decante la fase
orgánica al matraz pera de 50 mL, agregue núcleos porosos para
regular la ebullición y destile. El recipiente que reciba el destilado
deberá estar en un baño de hielo. Colecte la fracción que destila entre
132-134 OC y calcule rendimiento.
141
Química de Alimentos. Manual de Experimentos de Química Orgánica II (1407).
Notas:
1) Hágalo cuidadosamente y con agitación constante.
2) ¡PRECAUCIÓN! Se produce CO2. Este procedimiento se repite
hasta que la capa orgánica esté alcalina. Verifique el pH.
3) Se necesitan casi 15 minutos para que el secado sea completo, si
después de este tiempo la disolución sigue turbia, decante la
disolución y añada otro gramo de agente desecante.
4) El material debe de estar limpio y seco.
VI. ANTECEDENTES.
a) Métodos de obtención de ésteres.
b) Propiedades físicas, químicas y toxicidad de reactivos y productos.
VII. CUESTIONARIO.
1) Escriba un mecanismo razonable para la formación del acetato de
isoamilo.
2) Un método para favorecer la formación del éster, es añadir un
exceso de ácido acético. Sugiera otro método que permita
desplazar la reacción hacia la formación del éster.
3) Haga un esquema de la separación del acetato de isoamilo de la
mezcla de reacción.
4) Explique cuáles son los usos de los ésteres.
5) Asigne las bandas principales presentes en los espectros de IR a
los grupos funcionales de reactivos y productos
142
Química de Alimentos. Manual de Experimentos de Química Orgánica II (1407).
VIII. ESPECTROS DE IR.
a) Espectro de IR del ácido acético.
100.0
90
80
70
1053.14
60
%T
50
1014.71
2563.41
40
2630.30
934.98
30
20
10
3.7
4000.0
624.37
1415.12
3138.42
2937.60
3000
1716.84
1294.99
2000
1500
cm-1
b) Espectro de IR del alcohol isoamílico.
143
1000
605.0
Química de Alimentos. Manual de Experimentos de Química Orgánica II (1407).
100.0
90
80
1229.83
1110.22
70
663.90
900.55
60
%T 50
40
30
1462.76
1380.24
1015.55
3332.42
1046.88
20
2961.83
10
3.9
4000.0
2927.74
2876.47
3000
2000
1500
cm-1
1000
450.0
c) Espectro de IR del acetato de isoamilo.
100.0
90
80
3464.87
70
817.79
635.59
606.74
962.02
1171.09
60
%T
50
1467.01
2872.46
40
1387.61
30
1056.94
1367.58
20
1743.47
10
4.0
4000.0
2959.95
3000
1242.26
2000
1500
cm-1
IX. BIBLIOGRAFÍA.
144
1000
450.0
Química de Alimentos. Manual de Experimentos de Química Orgánica II (1407).
1) Pavia, D., Lampman, G. M., Kriz, Jr. G. S., Introduction to Organic
Laboratory Techniques: A Microscale Approach, Thomson Brooks,
California, 2007.
2) Solomons, T. W. G., Fundamentals of Organic Chemistry, John Wiley,
New York, 1997.
3) Lehman, J. W., Operational Organic Chemistry: A Laboratory Course,
Allyn & Bacon, Boston, 1988.
4) Mohring, J. R., Neckers, D. C., Laboratory Experiments in Organic
Chemistry, D. van Nostrand Company, Inc., New York, 1973.
OBTENCIÓN DE ACETATO DE ISOAMILO.
145
Química de Alimentos. Manual de Experimentos de Química Orgánica II (1407).
Alcohol isoamílico,
ácido acético glacial
•
•
Agregar H2SO4 conc.
Calentar a reflujo
Mezcla de reacción
•
•
Enfriar
Agregar y lavar con agua
Acuosa
Orgánica
Éster del
ácido acético
H2SO4
D1
•
•
Lavar con NaHCO3 (5 %)
Separar
Acuosa
Acetato de
sodio
Orgánica
•
Lavar con agua + solución
saturada de NaCl
•
Separar
Acuosa
Orgánica
•
D2
Secar con Na2SO4
Líquido
NaCl
•
D3
Sólido
Destilar
Na2SO4
Destilado
Residuo
D4
Acetato de
isoamilo
Residuo de la
destilación
D5
D1, D2, D3, D4: Revisar pH, neutralizar y desechar por el drenaje.
D5: Mandar a incineración.
146
Química de Alimentos. Manual de Experimentos de Química Orgánica II (1407).
PRÁCTICA
11
Reacción del Haloformo sobre la
Acetofenona.
Obtención de Ácido Benzoico.
I. OBJETIVOS.
a) Efectuar la síntesis del ácido benzoico a partir de la acetofenona por
medio de la reacción del haloformo.
b) Compruebe la presencia de un grupo carboxilo por medio de una
reacción característica.
ECUACIÓN:
O
O
CH3
OH
1) 3 NaClO
2 ) 3 HCl
147
+ CHCl3 + 2 H2O
+ 3 NaCl
Química de Alimentos. Manual de Experimentos de Química Orgánica II (1407).
Acetofenona
Hipoclorito de sodio
(cloralex, 6 %)
Ácido
benzóico
Masa molar
(g/mol)
Densidad (g/mL)
Punto de fusión
(°C)
Punto de
ebullición (°C)
Masa (g)
Volumen (mL)
Cantidad de
sustancia (mol)
II. MATERIAL.
Agitador de vidrio
Vaso de precipitados de 250 mL
Probeta de 10 mL
Embudo büchner con alargadera
Matraz de boca esmerilada de 125
mL
Matraz erlenmeyer de 250 mL con
tapón
Agitador magnético
1
1
1
1
1
Matraz kitazato de 250 mL con
manguera
Colector
1
1
1
1
148
Espátula
Vidrio de reloj
Baño de agua eléctrico
Recipiente de peltre
Pinzas de 3 dedos con
nuez
Tapón esmerilado
1
1
1
1
2
Embudo de vidrio de
tallo corto
Refrigerante de agua
con mangueras
T de destilación
1
1
1
1
Química de Alimentos. Manual de Experimentos de Química Orgánica II (1407).
III. SUSTANCIAS.
Hipoclorito de sodio (cloralex,
6 % m)
Acetofenona
80 mL
2 mL
Ácido clorhídrico 200 mL
(1:1)
Acetona
1 mL
IV. INFORMACIÓN.
Entre los métodos para obtener los ácidos carboxílicos se encuentran
la oxidación de metilcetonas con hipoclorito de sodio que es un
reactivo de bajo costo.
La reacción de una metilcetona con un halógeno en medio básico es
conocida como la reacción del haloformo.
En esta reacción se forman dos productos: un haloformo,
dependiendo del halógeno que se utilice puede ser cloroformo
(CHCl3), o bromoformo (CHBr3) o bien yodoformo (CHI3); y un ácido
carboxílico que tiene un átomo de carbono menos que la cetona
inicial.
V. PROCEDIMIENTO.
Coloque 40 mL de hipoclorito de sodio comercial (disolución al 6 % m)
en un matraz de boca esmerilada de 125 mL, agregue 1 mL de
acetofenona y agite vigorosamente durante 50 minutos.
Pasado este tiempo, coloque el matraz en un baño de agua caliente y
destile el cloroformo producido. Agregue 1 mL de acetona para
eliminar el hipoclorito de sodio que no haya reaccionado y vuelva a
colocar el matraz en el baño de agua otros 10 minutos.
De ser necesario, decolore la disolución con carbón activado y filtre.
Acidule la disolución en caliente hasta pH=1 con ácido clorhídrico
(1:1). Enfríe a temperatura ambiente y coloque en baño de hielo hasta
completar la cristalización. Filtre el sólido obtenido y purifique el
149
Química de Alimentos. Manual de Experimentos de Química Orgánica II (1407).
producto por recristalización con agua caliente. Si aún queda
acetofenona, decante nuevamente antes de enfriar la disolución. Mida
la masa y el punto de fusión del producto obtenido y calcule el
rendimiento de la reacción.
VI. ANTECEDENTES.
a) Reacciones de sustitución electrofílica en carbonos ∝ a grupos
carbonilo.
b) Formación de carbaniones, estabilidad de los mismos.
c) Oxidación de metil-cetonas.
d) Reacciones de adición-eliminación.
e) Métodos de obtención de ácidos carboxílicos.
f) Reacción del haloformo.
g) Características químicas de los ácidos carboxílicos.
h) Solubilidad de los ácidos carboxílicos y sus sales.
VII. CUESTIONARIO.
1) Explique qué tipo de reacciones se llevan a cabo.
2) Escriba el mecanismo de la reacción efectuada.
3) ¿Para qué utiliza la acetona en la obtención de ácido benzoico?
4) ¿Cómo se obtiene el ácido benzoico a nivel industrial?
5) ¿Qué tratamiento deberá darle a los efluentes líquidos antes de
desecharlos en el drenaje?
150
Química de Alimentos. Manual de Experimentos de Química Orgánica II (1407).
VIII. ESPECTROS DE IR.
a) Espectro de IR de la acetofenona.
100.0
90
3351.32
80
70
927.24
3062.01
1078.0
1302.18 6
1179.83
3004.18
60
%T
1582.23
50
1024.0
2
40
955.31
1448.71
1598.45
30
20
1683.09
10
3.8
4000.0
1265.82
1359.20
3000
2000
cm-1
b) Espectro de IR del ácido benzoico.
151
1500
760.32
1000
690.60
588.82
450.0
Química de Alimentos. Manual de Experimentos de Química Orgánica II (1407).
IX. BIBLIOGRAFÍA.
1) Allinger, N. L., et al., Química Orgánica, Reverté, Barcelona, 1984.
2) March, J., Advanced Organic Chemistry, Wiley Interscience, New
York, 1992.
3) Ávila, J. G., García, C., et al., Química Orgánica, Experimentos con
un Enfoque Ecológico, UNAM, México, 2001.
4) Solomons, T. W. G., Fundamentals of Organic Chemistry, John
Wiley, New York, 1997.
5) Streitwieser, A., Heatcock, C. H., Kosower, E. M., Introduction to
Organic Chemistry, McMillan, New York, 1992.
152
Química de Alimentos. Manual de Experimentos de Química Orgánica II (1407).
OBTENCIÓN DE ÁCIDO BENZOICO.
Acetofenona
+
NaClO
•
•
Agitar 50 min
Destilar en baño maría
Cloroformo
Mezcla de reacción
+
Acetona
•
•
•
•
•
Ácido
benzoico
Calentar en baño maría 10 min
Acidular
Enfriar a temp. ambiente
Cristalizar en baño de hielo
Filtrar
Sólido
Líquido
NaCl,
trazas de
producto
D1
D1: Filtre los sólidos presentes. Neutralice la disolución y elimine por el
drenaje.
Precauciones:
Acetofenona LD50= 810 mg/kg, tóxico e irritante por inhalación, ingestión o
adsorción en la piel.
Ácido benzoico LD50= 2538 mg/kg, produce por ingestión problemas
gastrointestinales y alergias.
Disposición (ambos): disuelva con un disolvente inflamable e incinérese en
forma correcta.
Productos de descomposición: CO y CO2.
153
Química de Alimentos. Manual de Experimentos de Química Orgánica II (1407).
154
Química de Alimentos. Manual de Experimentos de Química Orgánica II (1407).
PRÁCTICA
12
Reacción de Schotten-Baumann.
Obtención de Benzoato de Fenilo.
I. OBJETIVO.
Efectuar una esterificación del fenol como ejemplo de la reacción de
Schotten-Baumann.
ECUACIÓN:
OH
O
O
Cl
+
O
NaOH
Fenol
Cloruro de
benzoílo
Masa molar (g/mol)
Densidad (g/mL)
Punto de fusión (°C)
Punto de ebullición
(°C)
Masa (g)
Volumen (mL)
Cantidad de
sustancia (mol)
155
+ NaCl + H2O
Benzoato de fenilo
Química de Alimentos. Manual de Experimentos de Química Orgánica II (1407).
II. MATERIAL.
Matraz erlenmeyer de 50 mL
1
Probeta graduada de 25 mL
1
Agitador mecánico
Barra de agitación
Pipeta graduada de 10 mL
Vaso de precipitados de 250
mL
Matraz kitazato con manguera
Pinzas de tres dedos con nuez
Barra para agitación
1
1
1
1
1
1
Embudo büchner con
alargadera
Vidrio de reloj
1
Embudo de filtración rápida
Recipiente de peltre
Espátula
Matraz erlenmeyer de 125 mL
con tapón de corcho
Agitador magnético
Resistencia eléctrica
1
1
III. SUSTANCIAS.
Fenol
Disol. de NaOH al 10 % m
Ác. clorhídrico conc.
1g
7.5 mL
3 mL
Cloruro de benzoílo
Etanol
2 mL
5 mL
IV. INFORMACIÓN.
La reacción entre un cloruro de acilo y un alcohol produce un éster.
Cuando un cloruro de acilo aromático es uno de los reactivos, suele
agregarse alguna base para eliminar el ácido clorhídrico a medida que
se forma. La base generalmente es una disolución de hidróxido de
sodio diluido, trietilamina o piridina (las dos últimas son bases
orgánicas débiles) y tal procedimiento se conoce como el método de
Schotten-Baumann.
156
1
1
1
1
Química de Alimentos. Manual de Experimentos de Química Orgánica II (1407).
V. PROCEDIMIENTO.
Disuelva 0.5 g de fenol en 7.5 mL de disolución de sosa al 10% m en
un matraz erlenmeyer de 125 mL. Adicione 1 mL de cloruro de
benzoílo (Nota 1), agite la mezcla de reacción por 15 minutos
mediante un agitador magnético, el matraz deberá estar tapado por un
tapón de corcho que se quitará de vez en cuando para evitar que la
presión lo levante. Al final de este periodo la reacción debe haberse
llevado a cabo y separado un producto sólido, filtre el sólido al vacío,
lave con agua y seque por succión (Nota 2). Recristalice el producto
crudo de etanol y seque. Mida la masa y el punto de fusión del
producto obtenido y calcule el rendimiento de la reacción (Nota 3).
Notas:
1) La adición del cloruro de benzoílo debe hacerse en la campana.
2) Neutralizar el filtrado con HCl conc. hasta pH=1. Enfriar y filtrar al
vacío para recuperar el ácido benzoico que pudiera haberse
formado.
3) El punto de fusión del producto puro es de 70 OC.
VI. ANTECEDENTES.
a) Propiedades físicas, químicas y toxicidad de reactivos y productos.
b) Métodos de esterificación de fenoles.
c) Reacción de Schotten-Baumann.
d) Propiedades químicas de los fenoles.
e) Propiedades químicas de los cloruros de ácido.
f)
Manejo adecuado de los reactivos, productos y subproductos
durante la experimentación.
157
Química de Alimentos. Manual de Experimentos de Química Orgánica II (1407).
VII. CUESTIONARIO.
1) Escriba un mecanismo razonable para la obtención de benzoato
de fenilo.
2) Haga un esquema de separación de benzoato de fenilo de la
mezcla de reacción.
3) Asigne las bandas principales a los grupos funcionales presentes
en los espectros de IR de reactivos y productos.
VIII. ESPECTROS DE IR.
a) Espectro de IR del fenol.
100.0
90
1937.37
80
1000.19
2734.57
70
1024.89
888.69
60
%T
1071.04
50
1370.02
40
3314.98
30
3050.22
1155.15
1170.02
1475.36
1596.77
1499.74
1234.17
810.33
752.94 689.85
20
13.7
4000.0
3000
2000
cm-1
158
1500
1000
605.0
Química de Alimentos. Manual de Experimentos de Química Orgánica II (1407).
b) Espectro de IR del cloruro de benzoílo.
100.1
90
80
70
3498.30
1974.48
1915.06
3074.25
1027.24
60
%T
1101.33
1079.17
1489.69
1344.85
1319.49
1000.35
50
646.58
40
1585.54
1598.76
30
20
1451.46
872.40
10
3.7
4000.0
1777.77
1206.85
1738.36
3000
2000
774.62
670.60
1177.37
1500
1000
605.0
cm-1
c) Espectro de IR del benzoato de fenilo.
100.0
90
3057.44
1961.51
80
70
60
1595.75
1450.00
50
%T
1486.51
40
751.67
30
704.18
20
1062.50
1262.55
10
1729.63
1200.36
0.0
4000
3000
2000
1500
cm-1
159
1000
400.0
Química de Alimentos. Manual de Experimentos de Química Orgánica II (1407).
IX. BIBLIOGRAFÍA.
1) Wingrove, A. S., Caret, R. L., Química Orgánica, Harla, México,
1984.
2) McMurry, J., Química Orgánica, Cengage Learning, México, 2008.
160
Química de Alimentos. Manual de Experimentos de Química Orgánica II (1407).
OBTENCIÓN DE BENZOATO DE FENILO.
Fenol, NaOH (10 % m)
cloruro de benzoílo
•
•
Agitar vigorosamente
Filtrar
Líquido
Sólido
NaOH +
benzoato de sodio
+ fenolato de sodio
•
•
•
Líquido
NaCl,
H2O, HCl
D2
Benzoato
de fenilo
Agregar HCl conc. hasta pH=1
Enfriar
Filtrar
•
Líquido
Recristalizar de etanol
Sólido
Sólido
Etanol
Ácido
benzoico
Benzoato
de fenilo
D1
D3
D1: Recuperar el etanol por destilación, neutralizar el residuo de la
destilación y desechar por el drenaje.
D2: Verificar el pH, si es necesario neutralizar y desechar por el drenaje.
D3: El sólido se puede emplear para su purificación o en análisis elemental
orgánico.
161