Título propuesto por usted Samantha Vélez* (0070787), Tamara Valentina Montenegro* (0131190) [email protected], [email protected] Departamento de Química*, Facultad de Ciencias, Universidad del Valle, A.A. 2536. Fecha de Realización: 10 de Julio de 2012. Fecha de Entrega: 17 de Julio de 2012. Resumen Esta sección debe dar una idea clara del trabajo realizado, como ya se dijo, esta sección consiste en una representación abreviada (precisa y clara) de todo el trabajo, indicando el objetivo, el método utilizado y los resultados obtenidos, sin entrar en la descripción de los pasos seguidos en la experiencia, ni en el desarrollo teórico, ni en ningún otro detalle de la experiencia. Después del título, es la segunda ocasión con la que se puede impresionar y captar la atención del lector. Debe contar con mínimo 8 y máximo 10 renglones. Usualmente el resumen se debe escribir una vez finalizado el informe, ya que éste depende de la redacción del cuerpo del informe (discusión de resultados, parte experimental y conclusiones), aunque se coloca después del título Palabras clave: Elaboración de un informe de laboratorio; Reporte; Difusión de la información científica; Escritura en ciencias; Literatura química. Comprender y conocer las reacciones de los compuestos carbonílicos alfa beta insaturados 1. Objetivos Ejemplos: Reconocer la importancia sintética que tienen los compuestos alfa beta insaturados en química orgánica General Sintetizar ácido cinámico mediante la reacción de Knoevenagel con modificación Doebner 2. Introducción Esta parte del informe se escribe en tiempo presente Ejemplo: Específicos 1 contengan grupos metilínicos activos, en presencia de bases orgánicas tales como la piridina o piperidina. 1 El ácido cinámico se obtiene del aceite de canela (cinnamon) o de balsamos de plantas como el storax, puede obtenerse sinteticamente en el laboratorio(condensaciones de Knoevenagel y perkin) [2]. Cuando se lleva a cabo una reacción de este tipo con ácido malónico, la descarboxilación es espontánea y a estas reacciones se les suele denominar modificaciones de Doebner de la reacción de Knoevenagel. En las reacciones de Knoevenagel, generalmente se obtienen compuestos insaturados. La condensación o reacción de Knoevenagel es una reacción en la que se produce la adición nucleófila sobre el carbonilo, de un aldehído o cetona, de un carbono activado (ácido) situado entre dos grupos aceptores de electrones por resonancia, por ejemplo un compuesto βdicarbonílico, seguida a continuación de deshidratación (pérdida de una molécula de agua), en lo que sería globalmente una reacción de tipo condensación aldólica, obteniéndose un producto α,β-insaturado. Figura 1. Estructura del ácido cinámico El ácido cinámico es utilizado en saborizantes, colorantes como el indigo sintetico y ciertos farmacos, su uso primario se fundamenta en la elaboracion de metil, etil y benzil esteres para la industria del perfume, posee un olor floral, similar al de la miel, es mucho mas volatil que su ester etilico(cinamato de etilo), ambos son saborizantes de los componentes esenciales del aceite de la canela, de los cuales el cinamaldehido es el mayor constituyente. El ácido cinamico forma parte de las vias sinteticas para obtener shikimato sintetico( acido(3R,4S,5R)-3,4,5-Trihidroxi-1ciclohexencarboxilico) y de los fenilpropanoides X-CH2-Y + R2C=O → R2C=CXY Donde los grupos electroaceptores X e Y pueden ser CN, COOR, COOH. La reacción es catalizada por una amina, en la forma de hidrocloruro o acetato de la misma. En general, el papel como catalizador de la amina, dada además su relativa debilidad como base, no es tanto el de desprotonar el metileno activo (ácido) para generar el enolato como sí el de adicionarse al carbonilo del aldehído o cetona para formar la sal de iminio, un buen electrófilo. Su biosintesis se realiza mediante la accion de la enzima fenilalanina aminlisasa sobre la fenilalanina El ácido cinámico es soluble en eter dietilico e insoluble en hexano, por lo cual se puede separar facilmente de la parte acuosa, el ácido cinámico se utiliza en perfumeria y sus esteres son utiles en medicina La reaccion de Knoevenagel es una reacción de condensación que se efectúa entre aldehidos o cetonas y compuestos que La reacción recibe su nombre por el químico alemán Emil Knoevenagel. 1 GORZIYNSKI, J. Organic Chemistry. 2 ed. Nueva York: McGraw-Hill. 2008. p. 1164. 2 agitó de forma constante por varios minutos hasta la formación de un sólido blanco. Posteriormente el sólido formado, se lavó con agua destilada, se secó con un trozo de papel filtro y se dejó secar a temperatura ambiente. 3. Metodología experimental Trate de describir y resumir con sus propias palabras la metodología experimental desarrollada en la práctica de laboratorio. Esta parte del informe debe escribirse en tiempo pasado. 4. Datos y Cálculos Se debe detallar los nombres de los instrumentos y equipos empleados, la pureza de los reactivos, que variables se midieron y como se realizó la medida. No debe incluir material de laboratorio estándar, no debe ser una copia textual de la guía del laboratorio. Las medidas deben incluir su correspondiente incertidumbre o desviación. Debe respetarse el sistema internacional de unidades. Note que mililitro se denota por mL y no ml; gramo se denota por g y no gr. Ejemplo: Ejemplo: Tabla 1. Cantidades iniciales de los reactivos empleados en la síntesis de resinas de fenol y formaldehído. La síntesis de diversos polímeros se realizó mediante reacciones sencillas de polimerización. Para ello se utilizó una balanza analítica marca Mettler modelo AE-200, con una precisión de ± 0.0001 g. Inicialmente, para la obtención de nylon en cuerda, se depositó en un vaso de precipitados de 50.0 mL, 10.0 mL de solución al 3% v/v de cloruro de sebacoilo en CCl4 y se adicionó cuidadosamente 10.0 mL de solución al 3% de 1,6-diaminohexano, 1 escama de NaOH y una gota de fenolftaleína. Una vez formada la interfase en la solución, se introdujó el extremo de una varilla de vidrio y se enrollo en ella toda la fibra de nylon formada. Posteriormente, la fibra de nylon obtenida se lavó con una disolución de etanol/agua al 50%v/v y luego con agua destilada y se dejó secar a temperatura ambiente. Una vez seca la fibra de nylon, se realizaron diversas pruebas de solubilidad con diferentes solventes como acetona, éter etílico, etanol y hexano. Por otro lado, se realizó la síntesis de resinas de urea y formaldehído, para ello se depositó en un recipiente desechable 0.2 mL de solución de formaldehído al 40%, 0.1013 g de urea y 1 gota de H2SO4 concentrado. La mezcla resultante se Compuesto Solución de formaldehído al 40% Fenol H2SO4 concentrado Cantidad utilizada (mL + 0.1 mL) 2.5 0.9 0.2 Notas: Las tablas, figuras y gráficos siempre deben llevar número, título y una descripción o leyenda. Nunca coloque una tabla, gráfico o figura sin haberla referenciado en el texto, primero se debe referenciar la tabla y luego si esquematizarla en el texto. Esto también aplica para las figuras y gráficas. Las tablas, figuras y gráficas deben ser claras, didácticas, así mismo, en las tablas cada columna debe tener sus respectivas unidades. Ejemplo: 3 Para determinar la cantidad teórica de la resina de urea-formaldehído obtenida, 0.1216 g y el porcentaje de rendimiento de la reacción, 127.0%, se utilizaron los datos mostrados en la tabla 2 y las relaciones estequiométricas correspondientes (anexo 2). Las moles de cloruro de sebacoilo se determinan de la siguiente forma: Tabla 2. Cantidades iniciales de los reactivos empleados en la síntesis de resinas de urea y formaldehído. = 0.3 𝑚𝐿 𝑑𝑒 𝑠𝑙𝑛 𝑖𝑛𝑖𝑐 𝐶𝑙2 𝐶10 𝐻16 𝑂2 Compuesto Solución de formaldehído al 40% Urea H2SO4 concentrado 10.0 𝑚𝐿 𝑑𝑒 𝑠𝑙𝑛 𝑑𝑖𝑙 𝐶𝑙2 𝐶10 𝐻16 𝑂2 7.5 𝑚𝐿 𝑑𝑒 𝑠𝑙𝑛 𝑖𝑛𝑖𝑐 𝐶𝑙2 𝐶10 𝐻16 𝑂2 × 250.0 𝑚𝐿 𝑑𝑒 𝑠𝑙𝑛 𝑑𝑖𝑙 𝐶𝑙2 𝐶10 𝐻16 𝑂2 Así, teniendo en cuenta que la densidad de la solución de cloruro de sebacolilo es de 1.12 g/mL, se tiene que las moles de esta solución quedan: Cantidad utilizada (g+ 0.0001 g) 0.2004 0.3 𝑚𝐿 𝑑𝑒 𝑠𝑙𝑛 𝑑𝑒 𝐶𝑙2 𝐶10 𝐻16 𝑂2 1.12 𝑔 𝐶𝑙2 𝐶10 𝐻16 𝑂2 𝑚𝐿 𝑑𝑒 𝑠𝑙𝑛 𝑑𝑒 𝐶𝑙2 𝐶10 𝐻16 𝑂2 1 𝑚𝑜𝑙 𝐶𝑙2 𝐶10 𝐻16 𝑂2 × 239.1393 𝑔 𝐶𝑙2 𝐶10 𝐻16 𝑂2 0.1013 1 gota En los casos donde usted tenga que calcular el rendimiento de la reacción, deberá proceder de la siguiente forma = 1.405 × 10−3 𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 𝑑𝑒 𝐶𝑙2 𝐶10 𝐻16 𝑂2 Ejemplo de cálculo del reactivo límite: Las moles de 1,6-diaminohexano determinan de la siguiente forma: De esta forma, se tiene que el reactivo límite es el cloruro de sebacolilo, por lo que la cantidad teórica de nylon 6,10 queda: se 1.405 × 10−3 𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 𝑑𝑒 𝐶𝑙2 𝐶10 𝐻16 𝑂2 1 𝑚𝑜𝑙 𝑚𝑜𝑛ó𝑚𝑒𝑟𝑜 × 1 𝑚𝑜𝑙 𝐶𝑙2 𝐶10 𝐻16 𝑂2 282.421 𝑔 𝑚𝑜𝑛ó𝑚𝑒𝑟𝑜 × 1 𝑚𝑜𝑙 𝑚𝑜𝑛ó𝑚𝑒𝑟𝑜 10.0 𝑚𝐿 𝑑𝑒 𝑠𝑙𝑛 𝑑𝑖𝑙 ℎ𝑒𝑥𝑎𝑛𝑑𝑖𝑎𝑚𝑖𝑛𝑎 6.0 𝑚𝐿 𝑑𝑒 𝑠𝑙𝑛 𝑖𝑛𝑖𝑐 ℎ𝑒𝑥𝑎𝑛𝑑𝑖𝑎𝑚𝑖𝑛𝑎 × 200.0 𝑚𝐿 𝑑𝑒 𝑠𝑙𝑛 𝑑𝑖𝑙 ℎ𝑒𝑥𝑎𝑛𝑑𝑖𝑎𝑚𝑖𝑛𝑎 = 0.3 𝑚𝐿 𝑑𝑒 𝑠𝑙𝑛 𝑖𝑛𝑖𝑐 ℎ𝑒𝑥𝑎𝑛𝑑𝑖𝑎𝑚𝑖𝑛𝑎 = 0.3968 𝑔 𝑑𝑒 𝑚𝑜𝑛ó𝑚𝑒𝑟𝑜 Así, teniendo en cuenta que la densidad de la solución de 1,6-diaminohexano es 0.84 g/mL, se tiene que las moles de esta solución quedan: Así, se tiene que el porcentaje de rendimiento en la obtención de nylon 6,10 por medio de la reacción polimerización por etapas entre 1,6diaminohexano y cloruro de sebacolilo es: 0.3 𝑚𝐿 𝑑𝑒 𝑠𝑙𝑛 𝑖𝑛𝑖𝑐 ℎ𝑒𝑥𝑎𝑛𝑑𝑖𝑎𝑚𝑖𝑛𝑎 0.84 𝑔 𝑑𝑒 ℎ𝑒𝑥𝑎𝑛𝑑𝑖𝑎𝑚𝑖𝑛𝑎 × 𝑚𝐿 𝑑𝑒 𝑠𝑙𝑛 𝑑𝑒 ℎ𝑒𝑥𝑎𝑛𝑑𝑖𝑎𝑚𝑖𝑛𝑎 1 𝑚𝑜𝑙 𝑑𝑒 ℎ𝑒𝑥𝑎𝑛𝑑𝑖𝑎𝑚𝑖𝑛𝑎 × 116.2 𝑔 𝑑𝑒 ℎ𝑒𝑥𝑎𝑛𝑑𝑖𝑎𝑚𝑖𝑛𝑎 % 𝑅𝑒𝑛𝑑𝑖𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑣𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑒𝑥𝑝𝑒𝑟𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎𝑙 (𝑔) 𝑣𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑡𝑒ó𝑟𝑖𝑐𝑜(𝑔) × 100 = = 2.169 × 10−3 𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 𝑑𝑒 ℎ𝑒𝑥𝑎𝑛𝑑𝑖𝑎𝑚𝑖𝑛𝑎 4 Ecuación 1. Cálculo del rendimiento de una reacción. Valor teórico es lo que se espera obtener, en gramos, y valor experimental es la cantidad de producto obtenida en el laboratorio, en gramos. interactuar consigo mismo o con otras sustancias químicas mediante enlaces covalentes formando de esta forma los diferentes tipos de polímeros. De esta forma, se puede considerar a estas unidades monoméricas como los principales eslabones estructurales de este tipo de macromoléculas, los cuales se unen de formar regular mediantes determinados procesos de polimerización. 0.1447 𝑔 × 100 0.3968 𝑔 = 36.47 % % 𝑅𝑒𝑛𝑑𝑖𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 = 5. Resultados y discusión La discusión es la parte esencial del informe, no se trata de repetir los resultados obtenidos, si no de analizarlos, compararlos con otros reportados en la literatura o con las predicciones teóricas. Se recomienda ser críticos cuando los resultados no soy muy buenos indicando que causas se le atribuyen y que mejoras pudieron hacerse. Los procesos de polimerización por condensación o por reacción por etapas, son completamente análogos a la reacciones de condensación de especies químicas de bajos pesos moleculares. En este proceso se tiene una reacción de condensación entre dos moléculas polifuncionales con pérdida simultánea de moléculas pequeñas como el H2O, cabe resaltar que la reacción continúa hasta que se haya consumido en su totalidad uno de los reactivos iniciales. Su discusión debe estar fundamentada y apoyada en los conocimientos propios que usted posee en química orgánica. Usted puede hacer uso de libros, artículos o revistas de carácter científico únicamente para soportar su discusión. Así mismo, debe citar todas las fuentes que use. Recuerde que si incluye mecanismos de reacción, estos se consideran como figuras. Figura 6. Esquema general para la reacción de polimerización por condensación. 2 Por otro lado, en los procesos de polimerización de adición o por reacción en cadena, se tiene una serie de reacciones sucesivas que se caracterizan por que en cada una de estas se consume una especie reactiva formada en la reacción procedente. En este tipo de procesos se tiene que el acoplamiento de monómeros ocurre mediante la utilización de sus enlaces múltiples. Cabe notar que en estos procesos las especies reactivas involucradas pueden ser radicales libres, aniones o cationes. El ejemplo más sencillo de este tipo de polimerización lo constituye la formación del polietileno a partir de moléculas de etileno. Ejemplo: Los polímeros son sustancias químicas complejas de gran importancia en diversas áreas de la ciencia como la medicina, la farmacéutica, la química y la biología. Además de ello, tienen grandes aplicaciones a nivel industrial debido a sus diversas y variadas propiedades químicas. Estas macromoléculas complejas de gran tamaño, se encuentran formadas por la repetición de unidades moleculares simples denominadas monómeros, los cuales son compuestos químicos de bajo peso molecular capaces de 5 presenta grandes aplicaciones para la formación de fibras muy resistentes, que se pueden usar para elaborar gran cantidad de productos de uso cotidiano [5]. Figura 7. Esquema general para la obtención de polietileno mediante la reacción de polimerización en cadena. El mecanismo para la reacción de obtención del nylon 6,10 es un mecanismo general de polimerización por etapas. En la primera etapa de la reacción, la 1,6-hexandiamina realiza un ataque nucleofílico sobre el carbono electrofílico del cloruro de sebacoilo para generar un intermediario tetraédrico que posteriormente pierde HCl para dar lugar al producto de la sustitución en la segunda etapa de la reacción. La reacción continúa en la tercera etapa con un nuevo ataque nucleofílico por parte del intermediario de la polimerización formado previamente sobre otra molécula de cloruro de sebacoilo para dar lugar al producto de la sustitución con liberación de HCl. En este caso se tiene que las reacciones se repiten de manera sucesiva con adición de 1,6hexandiamina y cloruro de sebacoilo para dar lugar finalmente a la formación de un polímero sintético de gran importancia como el nylon 6,10. Cabe resaltar la importancia de que los compuestos sean difuncionales para este tipo de polimerizaciones, lo que permite en últimas que se lleve a cabo el proceso de polimerización por etapas, además se evidencia a lo largo del mecanismo la liberación de moléculas sencillas, en nuestro caso de HCl, lo cual es característica fundamental de este tipo de polimerizaciones. En esta reacción se tiene que el doble enlace de cada molécula de etileno “se abre” y dos de los electrones que originalmente participaban en el enlace, se utilizan para formar nuevos enlaces simples C-C con otras dos moléculas de etileno. Por otro lado, cabe resaltar que los diferentes tipos de polímeros se pueden clasificar según la forma en su estructura, como: lineales, ramificados y entrecruzados y de acuerdo a sus monómeros constituyentes como: homopolímeros formados por la unión del mismo monómero y copolímeros constituidos por la unión de diferentes monómeros [4]. Inicialmente, se hizo reaccionar una solución al 3% de cloruro de sebacoilo con una solución al 3% de hexandiamina, para dar lugar a la siguiente reacción: Figura 8. Esquema para la reacción de formación del nylon 6,10. En esta reacción ocurre una polimerización por etapas, en las que ambos compuestos se encuentran en soluciones inmiscibles, por lo que la reacción ocurre en la interfase para dar lugar a la formación de nylon 6,10, el cual 6 en estos compuestos orgánicos. Además se realizaron pruebas de inflamabilidad con el nylon 6,10 sintetizado, donde no se observó propagación de la llama en el material, sin embargo, se observó que esté se encogió inmediatamente por contacto con el calor, donde se evidencia que este tipo de poliamidas tienen la característica de ser termoplásticas. Por otro lado, se tiene que el porcentaje de rendimiento obtenido para la síntesis de nylon 6,10, 34.47 %, resulta ser un valor relativamente bajo, lo cual se debe principalmente a la posible formación de otros subproductos en la reacción, lo que reduce de manera significativa el rendimiento final de la reacción, además se tiene que la reacción ocurre en la interfase entre el tetracloruro de carbono y agua por lo que parte de los reactivos pueden quedarse sin reaccionar por las diferencias de solubilidad [7]. En caso de incluir reacciones químicas, estas deben ir numeradas. Se aplica el mismo formato que en los títulos de tablas, ecuaciones y figuras. Ejemplo: 𝑁𝑎𝑂𝐻 + 𝐻𝐶𝑙 → 𝑁𝑎𝐶𝑙 + 𝐻2 𝑂 Reacción 1. Neutralización de ácido clorhídrico con hidróxido de sodio. 6. Conclusiones Figura 9. Mecanismo para la reacción de formación del nylon 6,10. Las conclusiones se escriben en tiempo presente. En las pruebas de solubilidad realizadas para el nylon 6,10 se encontró que esté fue insoluble en los diferentes solventes utilizados: acetona, éter etílico, etanol y hexano. Lo cual concuerda con lo esperado para una poliamida como el nylon 6,10, el cual debido a su estructura química se reporta como insoluble Como mínimo se requieren 3 conclusiones y máximo 5. Adicionalmente, se pueden incluir recomendaciones que emanen del trabajo realizado. No se consideran como 7 conclusiones extractos copiados de libros o internet. En su informe usted debe referenciar todo el material complementario para desarrollarlo (libros, revistas, artículos) según las normas ICONTEC y de la American Chemical Society (ACS Style guide) Ejemplo: 1. De los resultados experimentales se puede concluir que al aumentar la concentración de peróxido se aumenta la velocidad de la reacción. Un aumento de la concentración de yoduro causa un aumento en la velocidad de reacción 10 veces mayor. Ejemplos para referenciar libros: [1]. Beall, H.; Trimbur, J. A Short Guide to Writing about Chemistry, 2nd ed.; Longman, New York, 2001; pp 17-32. [2]. Skoog D., Holler J., Nieman T. Principios de análisis instrumental. 5ta ed., McGraw Hill, Madrid, 2002; pp 476-480. 2. Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipiscing elit. Nunc nec libero magna. Nunc libero quam, blandit non egestas sit amet, auctor nec lorem. Vestibulum sit amet nibh leo, a ornare sem. Nunc ornare, nibh eget tincidunt condimentum, ligula magna auctor velit, vitae faucibus tortor orci ut eros. Aliquam eget dolor in nisi ultrices congue. Mauris faucibus libero eget nulla blandit sed gravida quam pretium. 3. Vestibulum felis tortor, consequat sit amet varius quis, egestas a nisl. Nulla eget diam nunc, in auctor purus. Cras pharetra cursus facilisis. In mollis justo a justo gravida lobortis. Nam elit nulla, feugiat non eleifend ac, consectetur sodales diam. In leo turpis, cursus eget laoreet eget, malesuada sit amet erat. Cualquiera de estas dos es aceptable. Ejemplos de cómo referenciar artículos científicos: deben incluir la abreviatura de la revista [3]. Larabee, D. C.; Reynolds, T. Y.; Hochberg, R. B. Estradiol-16α-carboxylic Acid Esters as Locally Active Estrogens. J. Med. Chem. 2001, 44, 1802-1814. Ejemplos para referenciar páginas web: [4].Límites permitidos de turbiedad en agua. Disponible en: http://www.epa.gov/espanol/agua.htm. (consultada 5 de agosto de 2009) 4.Donec a auctor velit. Praesent tincidunt arcu dui, in ultrices ipsum. Mauris felis erat, ullamcorper quis luctus ac, sodales non magna. Etiam vitae augue enim, ac interdum ante. Nam ut nunc blandit tellus rutrum facilisis. Sed sed lorem lacus. Vestibulum eu nunc odio, at aliquam leo. Nunc quis dui mi. Nota para libros electrónicos: Los libros de Google Books, Scribd y libros electrónicos se referencian como si estuvieran en formato físico. 7. Referencias Si usted encontró el libro de análisis instrumental de Skoog en google libros scribd u otro servicio, debe referenciarlo así: Las referencias deben ir numeradas y colocadas entre corchetes, todas las referencias deben estar citadas en el texto, nunca coloque una referencia (libro, revista, página web) que usted no consultó. [2]. Skoog D., Holler J., Nieman T. Principios de análisis instrumental. 5ta ed., McGraw Hill, Madrid, 2002; pp 476-480. 8 Y no como una página web: [2].Libro análisis instrumental Skoog 5ª edición Disponible en: http://books.google.com.co/books?id=7FOyZb b7q8UC&printsec=frontcover&dq=skoog&sour ce=bl&ots=_OokMTzKah&sig=iOehSVJmgng ey2OvU2PYdy0K6Ts&hl=es&sa=X&ei=BYQd UI1GZPU9AT91IGICg&ved=0CDUQ6AEwAQ#v =onepage&q=skoog&f=false (consultada el 4 de Agosto de 2011) De hacerlo asi, se le revocará puntuación en la bibliografía Modelo de informe elaborado por: Danny Balanta Estudiante Maestría en ciencias química Profesor Laboratorio de Química Orgánica General- TQ 9