Prácticas de Laboratorio de Química Orgánica: Diels-Alder y más

PRACTICA 1. REACCIÓN DE DIELS−ALDER ENTRE EL ANTRACENO Y EL ANHIDRIDO
MALEICO.
INTRODUCCIÓN:
Las reacciones diles−alder son uno de los métodos sintéticos mas eficicientes de los que se dispone.
Este proceso es un proceso concertado de cicloadición, en el que un dieno conjugado se adiciona a un doble
enlace, formando un ciclohexeno, con los sustituyentes que inicialmente tuvieran el dieno y el dienófilo.
PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL:
En un matraz de fondo redondo de 100 ml introducimos 1.8 g de antraceno (0.01mol), 1.0 g de anhídrido
maleico (0.01 mol) y 25 ml de xileno(mezcla de isomeros) Acoplamos un refrigerante a la boca del matraz y
calentamos a reflujo durante media hora agitando la mezcla de reaccion sobre todo al principio. Al terminar
dejamos enfriar y filtramos el producto en un buchner, obteniendo un solido cristalino amarillo, el cual
después de lavarlo con metanol y secarlo nos da un peso de 2.1 g y un punto de fusión de 263.7 °C.
El lavar con metanol se hace para eliminar los restos de anhídrido maleico que no hayan reaccionado.
El peso molecular del producto es de 276 y como en teoría se deben obtener 0.01 moles de producto, el peso
teórico es de 2.76g y por lo tanto el rendimiento es de:
R%=2.1/2.76*100=76.09%
PRÁCTICA 2.N−FENILSUCCINIMIDA DEL 9,10−DIHIDROANTRACENO
INTRODUCCIÓN:
La reacción de diversos anhídridos de ácido con aminas muy diversas generan imidas. De entre los
compuestos de este tipo el mas conocido es la talidomida, que se obtiene por reaccion entre el anhídrido
ftálico y el aminoácido L−glutamina y un posterior proceso de deshidratación interna entre los grupos
carboxilo y amido terminales del aminoácido.
PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL:
En un matraz de 50 ml introducimos 2 g del aducto obtenido en la práctica anterior y 1.2 ml de anilina recién
destilada y 20 ml de ácido acético sin restos de agua. Para desecarlo utilizamos CaCl2 anhidro agitando
bastante la mezcla y filtramos con un filtro de pliegues. Calentamos a reflujo durante una hora agitando la
mezcla de vez en cuando para disolver el compuesto por completo.
Cuando a transcurrido este tiempo enfriamos y filtramos en un buchner obteniendo un producto sólido blanco.
Una vez que lo hemos enfriado recristalizamos en etanol−agua.Vamos añadiendo distintas porciones de etanol
y de agua hasta que vemos que se disuelve el producto en caliente. La mezcla que nos da resultado es la
mezcla 1:6 de agua−etanol.
Una vez recristalizado y filtrado pesamos el producto seco y obtenemos un pesode 0.58g.
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El peso molecular del compuesto obtenido es de 351 y teóricamente se deben obtener 7.1 mmol, es decir que
se debería obtener 7.1*10−3*351=2.492 g de producto. Por lo tanto el rendimiento será:
R%=0.58/2.492*100=23.274%
Punto de fusiòn medido de 176.6 ºC
PRÁCTICA3. SÍNTESIS DE UN BENCIMIDAZOL.
INTRODUCCIÓN:
Se denominan bencimidazoles a los benzoderivados del imidazol, un heterociclo aromático pentagonal, con
dos nitrógenos, en las posiciones 1 y 3. El imidazol es muy importante en los seres vivos, ya que se encuentra
formando parte del aminoácido histidina y de la vitamina B12, donde se encuentra como ester fosfórico de un
ribofuranosil−5.6−dimetilbencimidazol.
Los bencimidazoles son compuestos empleados como pesticidas, herbicidas, fungicidas, vermífugos, en
agricultura, veterinaria y en usos médicos.
La síntesis de bencimidazoles se lleva a cabo mediante la condensación de o−fenantrolina con el ácido
carboxílico adecuado. Así, el compuesto base, el propio bencimidazol se obtiene por la condensación con el
ácido fórmico.
PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
En un matraz de fondo redondo de 50 ml, introducimos 11g de O−fenilendiamina y 6.6 ml de ácido fórmico y
calentamos a reflujo durante dos horas en baño de agua, agitando de vez en cuando. Dejamos enfriar la mezcla
de reacción y le adicionamos disolución al 10% de sosa, hasta reacción básica con el papel tornasol. Esto
último lo hacemos para eliminar el exceso de ácido fórmico:
H−COOH + NaOH CO2 + H2O + Na+
Filtramos el producto obtenido y lo lavamos con agua fría. Lo recristalizamos en una mezcla de etanol−agua
(1:5) obteniendo 8.68 g de producto marrón claro.
Se deben obtener 0.1 moles de bencimidazol, lo que daría un peso teórico de 118*0.1=11.8 g
El rendimiento obtenido por tanto será de:
R%=8.68/11.8*100=73.559%
Punto de fusion medido de 172.8 ºC
PRÁCTICA 4.PREPARACIÓ DE BIODIESEL.
El objetivo de este práctica es sintetizar una mezcla de ésteres metílicos de ácidos grasos en condiciones de
ser utilizados como combustible en motores diesel, mediante la reacción de transesterificación de un aceite
vegetal con metanol.
INTRODUCCIÓN:
La reacción de transesterificación es la siguiente:
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CH2OOC−R CH2OH RCOO−CH3
CHOOC−R' +3CH3OH KOH CHOH + R'COO−CH3
CH2OOC−R'' CH2OH R''COO−CH3
CH3OH + KOH CH3OK + H2O
El verdadero catalizador es el metóxido potásico.
Las moléculas de agua en el aceite van a dar problemas, ya que estas van a competir por la KOH con el
metanol.
La glicerina no da problemas al utilizar el biodiesel en el coche pero los restos de potasio si ya que forman
sales que se adhieren a las paredes del motor y los conductos.
PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL:
Mezclamos en un erlenmeyer 30 ml de metanol y 1 g de KOH y lo disolvemos, formándose el CH3OK. La
reacción es fuertemente exotérmica y la realizamos en campana. Una vez hecho esto introducimos 120 ml de
aceite de girasol en el matraz de fondo redondo de 250 ml. Mezclamos la disolución metanólica con el aceite
una vez que este fría y aclopamos el matraz a un refrigerante a reflujo y calentamos durante tres horas en un
baño de agua.
Transcurridas estas tres horas enfriamos y obtenemos dos fases, en la superior los ésteres metílicos que
constituyen el biodiesel y en la inferior se encuentra el metenol que no ha reaccionado y la glicerina, que
extraemos en un embudo de decantación.
Obtenemos 26 ml de biodiesel que pesan 21.69 g y da una densidad de 0.83 g/ml.
20 ml de aceite pesan 15.2 g y nos da una densidad de 0.76 g/ml.
ðb=ða*db/da=80*0.83/0.87*4.85/15.83=23.4
En los motores diesel se usa una mezcla de aceite−biodiesel que suele ser de 2:1. Esta proporción va en
función de la viscosidad de esta mezcla, que será un factor determinante para el funcionamiento del motor, de
modo que dependiendo de la temperatura que haya se usará una mezcla u otra.
PRACTICA ADICIONAL. PREPARACIÓN DE JABÓN A PARTIR DE
ACEITE DE GIRASOL.
Para preparar el jabón usamos agua en lugar de metanol de manera que el agua ahora lleva a cabo el papel del
metanol y se obtienen los ácidos libres, que saponifican con potasa.
R*COOH KOH R*COOK
La receta que utilizamos es 0.1 mol de aceite de girasol (120 ml), 0.1 mol de KOH y 0.1 g de verde de
malaquita para darle coloración.
La potasa se disuelve en la mínima cantidad de agua y se mezcla con el aceite. Cuando se empiece a calentar
se le añade el colorante.
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Al ir calentando suavemente y moviendo, la mezcla va aumentando de volumen debido a la formación de
espuma.
Calentemos durante hora y media aproximadamente y aunque le hemos añadido el colorante, el jabón no se ha
puesto verde y puede ser debido a que el verde de malaquita es un indicador ácido−base y en las condiciones
básicas de la reacción no lo presente.
El jabón que obtenemos es de color marrón.
PRÁCTICA 5. OXIDACIÓN DE CICLOHEXANOL A CICLOHEXANONA
EMPLEANDO COMO OXIDANTE HIPOCLORITO SÓDICO.
El objetivo de la práctica es efectuar una reacción de oxidación en condiciones experimentales
medioambientalmente benignas.
INTRODUCCIÓN:
La reacción que se lleva a cabo en esta práctica es:
H OH OCl O
+ NaOH + H2O +H3O+ + Cl−
El primer paso se lleva a cabo la adición del Cl+, en el segundo, la eliminación del Cl− en forma de ácido
clorhídrico; al proporcionar el ciclohexanol los dos electrones se oxida a ciclohexanona. El utilizar el
hipoclorito tiene la ventaja medioambiental de que el único residuo que produce es el NaCl que es un
producto que no tiene muchas dificultades para manejar sus residuos.
PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL:
Colocamos en un erlenmeyer de 250 ml 16 ml de ciclohexanol y 8 ml de ácido acético glacial y lo tapamos.
Colocamos la lejía en un embudo de decantación y la añadimos poco a poco al erlenmeyer anterior. Una vez
añadido calentamos a reflujo durante media hora y vemos como la disolución pasa a ser amarilla y se produce
un precipitado blanco.
Después del reflujo pasamos la disolución a pH 9 aproximadamente y la pasamos a un embudo de decantación
en donde la fase acuosa se queda abajo y la orgánica arriba. La fracción orgánica la separamos por destilación
por arrastre de vapor. La fase orgánica la separamos por decantación y obtenemos 8 ml de ciclohexanona.
Pm Ciclohexanol= 100 g/mol d= 0.962 g/ml
Pm Ciclohexanona= 98 g/mol d= 0.947 g/ml
16 ml de ciclohexanol son 0.154 moles, por lo tanto se tendrá que formar lo mismo de ciclohexanona, en
teoria, y eso corresponde a 15.092 g de ciclohexanona.
8 ml de ciclohexanona corresponden a 7.576 g, por lo tanto el rendimiento será:
R%=7.576/15.092*100=50.2%
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PRÁCTICA 6. PREPARACIÓN DE LA OXIMA DE LA CLCOHEXANONA.
El objetivo de esta práctica es la preparación de oximas para ser reconocidas en su estructura y transformadas
posteriormente en productos de interés.
INTRODUCCIÓN:
La formación de oximas es una reacción que tiene lugar entre un compuesto carbonílico y la hidroxilamina (
que puede usarse en la forma de clorhidrato), según el esquema:
OH
ON
+NH3OHCl−
EtOH/NaOH
PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL:
Mezclamos en un matraz de fondo redondo de 250 ml 50ml de etanol, 15 ml de ciclohexanona,16 g de
clorhidrato de hidroxilamina y 30 ml de una disolución acuosa de NaOH (30 g en 30 ml). Calentamos una
hora a reflujo y después de esto destilamos recogindo primero etanol y después el H2O. El resto del contenido
del matraz lo vertemos sobre algo de hielo picado, apareciendo un precipitado blanco esponjoso.
Teóricamente deberíamos obtener 16.95 g de producto y hemos obenido 16 g, por lo que el rendimiento es de:
R%=16/16.95*100=94.395%
El punto de fusión que medimos es de −−−−
PRÁCTICA 7. PREPARACIÓN DE LA ððCAPROLACTAMA MEDIANTE
TRANSPOAICIÓN DE BECKMAN DE LA OXIMA DE LA
CICLOHEXANONA.
El objetivo de esta práctica es concluir un ciclo encadenado de reacciones que llevan a obtener, en esta
práctica, uno de los monómeros más ampliamente empleados en la industria de las fibras artificiales, como es
la ððcaprolactama, empleada en la fabricación del nylon 6.
INTRODUCCIÓN:
La transposición de Beckman es una transformación catalizada de una cetoxima en una amida. La reacción
que se lleva a cabo en esta práctica es la siguiente:
OH
NOH
CN
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H2SO4/ H2O ð −(−NH−(CH2)5−CO−)n−
Ciclohexanona ððcaprolactama Nylon−6
HO−CO−(CH2)4−CH2−NH2
PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL:
En un matraz de fondo redondo de 50 ml mezclamos la oxima obtenida en la práctica anterior y una
disolución de ácido sulfúrico, obtenida de la mezcla de 16 ml de ácido sulfúrico y 4 ml de agua. Calentamos el
matraz hasta el inicio de burbujas y apartamos del calor para que la reacción, que es fuertemente exotérmica,
transcurra. Si calentamos demasiado podemos producir la rotura del anillo y llegar a los dos compuestos de la
reacción anterior.
Transcurrida media hora enfriamos el matraz en hielo hasta los 0 °C. Alcalinizamos la reacción, adicionando
NaOH concentrada despacio y oservamos como pequeñas adiciones de NaOH elevan mucho la temperatura.
Una vez alcalinizado el medio filtramos las sales de Na2SO4 generadas en el proceso de neutralización. La
disolución la pasamos a un embudo de decantación y procedemos a la extracción con dos porciones de 50 ml
de diclorometano, secándolas con sulfato sódico anhidro. La disolución de diclorometano se queda en la parte
de abajo del embudo de decantación.
Al intentar destilar el diclorometano no podemos y no obtenemos nada de producto.
PRACTICA 8. SÍNTESIS DE ACETILGLICOCOLA O ÁCIDO ACETÚRICO.
El objetivo de esta práctica es investigar la síntesis de amidas y su aplicación a la obtención de compuestos de
importancia bioquímica y/o comercial, como son los aminoácidos.
INTRODUCCIÓN:
La reacción que vamos a llevar a cabo en esta práctica es entre la glicina y el anhídrido acético, y la reacción
que se produce es la siguiente:
H2N−CH2−COOH + (CH3−CO)2O CH3−CO−NH−CH2−COOH
Glicina Anhidrido acético Ácido acetúrico
PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL:
Disolvemos 15 g de glicina en 60 ml de agua destilada en un erlenmeyer. La disolución tarda en conseguirse.
En la campana de gases añadimos 43 ml de anhídrido acético con cuidado pero de una sola vez. Agitamos
hasta que la mezcla se homogeneice. Después de esto seguimos agitando durante media hora mas y dejamos la
disolución en reposo para que la acetilglicocola cristalice. Después de esto vertemos en 60 g de hielo picado y
se completa la precipitación de la acetilgicocola.
Filtrams en buchner y recristalizamos en una mezcla etanol−agua 1:3 y obtenemos 9.36 g de producto.
Se deben obtener 0.2 moles de producto, ya que es lo que añadimos de glicina, que es el reactivo limitante,
por lo que el peso teórico de producto, sabiendo que su peso molecular es de 117 g/mol es de 23.4 g.
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El rendimiento por lo tanto será:
R%=9.36/23.4*100=40.0%
El punto de fusión que medimos es de 206 °C.
PRÁCTICA 9. SÍNTESIS DE AZLACTONAS POR EL MÉTODO DE
ERLENMEYER: OBTENCIÓN DE LA 2−METIL−4−BENCILIDEN−5−(4H)−
OXAZOLONA.
El objetivo de esta práctica es la obtención de un derivado del ácido acetúrico , que constituye un intermedio
muy versátil para la obtención de diversos compuestos con alto valor añadido, como son los aminoácidos o
diversos derivados del ácido pirúvico.
INTRODUCCIÓN:
Las azlactonas, en términos generales pueden considerarse 2,4−derivados del heterociclo pentagonal
2−oxazolin−5−ona, o derivados de la 4−benciliden−5−(4H)−oxazolona.
En nuestro caso utilizaremos el p−metoxibenzaldehido, haciendola reaccionar con el ácido acetúrico,
mediante la siguiente la reacción:
COOH
(CH3−CO)2O
CH3 CH2 CH3 CH C C
CH3−COONa
NH N O
C CH3
CH3 O
PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL:
En un erlenmeyer introducimos los reactivos: 9.36 g de ácido acetúrico, 12 ml de p−metoxibenzaldehido, 30 g
de anhídrido acético y 8 g de acetato sódico anhidro. Calentamos directamente y agitamos la mezcla hasta
llevarla al estado líquido. Una vez hecho esto calentamos a reflujo en baño de agua durante dos horas.
Dejamos enfriar y le añadimos 25 ml de agua helada y lo dejamos en reposo toda la noche. Obtenemos al
filtrar un producto cristalino amarillo y lavamos con agua y etanol frío en porciones de 10 ml.
Pesamos el producto obtenido y sacamos 5.9 g
Los moles teóricos son 0.08 moles y esto corresponde a 22.32 g de producto.
El rendimiento obtenido es el siguiente:
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R%=6.9/22.32*100=26.4%
Punto de fusión medido 158 ºC
PRÁCTICA 10. SÍNTESIS DE LOS ððCETOÁCIDOS Y
ððAMINOÁCIDOS CORRESPONDIENTES A LA AZLACTONA DE LA
PRÀCTICA ANTERIOR
El objetivo de esta práctica es acceder a los compuestos mas característicos que se pueden obtener a partir de
las azlactonas.
INTRODUCCIÓN:
Para efectuar la operación de obtención de ððcetoácidos y ððaminoácidos resulta mas cómodo partir de la
azlactona del ácido ððacetamidocinámico, dado que como producto de hidrólisis, además del correspondiente
ððcetoácido, rinde ácido acético.
PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL:
Vamos a realizar solo el apartado número 2, obtención del ácido ððacetamidocinámico:
Calentamos a reflujo toda la azlactona obtenida en la práctica anterior con 0.5 g de acetato sódico, 75 ml de
acetona 75 ml de agua durante tres horas en baño de agua. Dejamos enfriar la mezcla toda la noche y al día
siguiente destilamos la acetona. Durante este proceso la temperatura se elevo demasiado y el matraz cayó en
el agua y perdimos casi todo el producto salvo un poco que paso al recipiente de destilación y pudimos seguir
trabajando con ello, pero obtuvimos lo justo para medirle el punto de fusión, que es de 218 ºC. El producto
obtenido era de color amarillo−anaranjado.
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