MANUAL PARA LAB Q ORGANICA GENERAL

Facultad De Ciencias Químicas
LICENCIATURA DE QUÍMICA INDUSTRIAL
MANUAL DE TÉCNICAS EN QUÍMICA ORGÁNICA
L.Q.I. Ma. Raquel Cruz de León
M.C. Blanca Esthela Neri Segura
M.C. Nancy Adriana Pérez Rodríguez
M.C. Claudia Celeste Velázquez González
EDICIÓN 2007
ISBN-978-970-694-470-2
No. Registro: 03-2007-111412042700-01
INDICE
PRÓLOGO
2
EVALUACIÓN DEL CURSO
3
CONTENIDO DEL REPORTE
4
EL DIARIO DE LABORATORIO
5
EXTRACCIÓN
9
CRISTALIZACIÓN
22
DESTILACIÓN SIMPLE Y FRACCIONADA A PRESIÓN
NORMAL Y PRESIÓN REDUCIDA
34
DESTILACIÓN POR ARRASTRE CON VAPOR
54
ANÁLISIS ELEMENTAL CUALITATIVO
65
ANÁLISIS FUNCIONAL ORGÁNICO
77
CROMATOGRAFÍA
96
PUNTOS DE FUSIÓN Y EBULLICIÓN
110
INDICE DE REFRACCIÓN
128
APÉNDICE A
REGLAMENTO GENERAL DE LABORATORIOS 139
APÉNDICE B
DISPOSICIÓN DE RESIDUOS
142
1
PRÓLOGO
Pensando en la mejora continua, la Academia de Química Orgánica actualizó este
manual, cuya primera edición fue elaborada por los maestros; Q.F.B. Gloria Esquivel
Zamora, M.C. Ma. Martha E. Luna Saucedo, Dr. Javier Macossay Torres, M.C. Blanca
Esthela Neri Segura, M.C. Nancy Adriana Pérez Rodríguez, y Dra. Norma Nelly Treviño
Flores. Esta cuarta edición fue revisada por la M.C. Claudia Celeste Velásquez
González.
En esta cuarta actualización se ha incluido algún material o reactivo que se requiere
para la realización de las prácticas, el cambio de la tercera edición consideraba la
secuencia que realmente se lleva a cabo después de efectuar una síntesis orgánica.
El manual está dirigido tanto a los alumnos que por primera vez cursan un laboratorio
de química orgánica, como a los que habiéndolo cursado requieren aplicar alguna de
las técnicas aquí presentadas. Cada técnica está fundamentada lo más claramente
posible, considerando un conocimiento mínimo de la química orgánica y de la química
en general por parte del estudiante.
Cada práctica incluye el objetivo a cumplir, el fundamento teórico en el que se basa,
descrito someramente, la descripción del equipo, material y reactivos a utilizar, el
procedimiento detallado a seguir, el correspondiente diagrama de flujo y referencias
bibliográficas.
El formato presentado en el procedimiento está inspirado en las nuevas tendencias
mundiales sobre criterios y certificaciones de calidad y consiste en pasos numerados y
el diagrama de flujo correspondiente.
El objetivo es presentar un texto de laboratorio que permita realizar una práctica con el
menor número de dudas y/o errores. Se exhorta a que se aproveche cada experimento,
leyendo, antes de llegar al laboratorio, la práctica a realizar y cubriendo los requisitos o
tareas que el maestro indique.
Las técnicas presentadas son básicas en un laboratorio de química orgánica y serán de
utilidad en trabajos de investigación superior y por supuesto en la práctica profesional.
Se incluye un apéndice para la disposición de los residuos generados en cada una de
las prácticas, de acuerdo al Reglamento General de Laboratorios de la Facultad de
Ciencias Químicas.
El trabajo experimental es indispensable en química orgánica, es fuente de
conocimiento, comprobación y descubrimiento. Para el químico es, o debería ser, una
fuente de placer en el proceso de aprendizaje. El Licenciado en Química Industrial es
un científico, esto obliga a cuestionar, no a seguir recetas, sino a observar, analizar y
concluir.
2
EVALUACIÓN DEL CURSO
LABORATORIO DE QUÍMICA ORGÁNICA I
1. TRABAJO PRÁCTICO
50%
1.1.
Reportes
10%
1.2.
Diario de Laboratorio
15%
1.2.1. Propiedades generales de las sustancias
a utilizar
1.2.2. Esquema del procedimiento
1.2.3. Observaciones
1.3.
Aspectos de Laboratorio
1.3.1. Puntualidad
1.3.2. Seguridad
1.3.3. Orden
1.3.4. Limpieza
1.3.5. Montaje de equipo
1.4.
Examen diario
2. EXÁMENES
5
5
5
10%
2
2
2
2
2
15%
50%
2.1.
Examen de medio Término
25%
2.2.
Examen Final
25%
3
CONTENIDO DEL REPORTE
1.
PORTADA
Datos de Ia institución, personales y título del trabajo.
2.
OBJETIVO
Meta final de la práctica.
3.
FUNDAMENTO
Extensión y complemento del fundamento incluido en el manual.
4.
PROCEDIMIENTO GENERAL
Procedimiento realmente llevado a cabo.
5.
RESULTADOS
Observaciones, cálculos, datos de constantes físicas, tablas de resultados.
6.
CONCLUSIONES
Se establece una relación entre lo indicado en el objetivo, fundamento y lo
reportado en Ia sección de resultados.
7.
REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS
Autor (apellido, nombre) nombre del Iibro o título del artículo, nombre de Ia
revista (si es el caso), editorial, país, volumen, año (entre paréntesis), página o
páginas consultadas.
4
EL DIARIO DE LABORATORIO
La comunicación escrita es el método más importante por la cual los químicos
transmiten su trabajo a la comunidad científica. Esto empieza con los registros en el
diario de laboratorio.
El diario de laboratorio es, sin exagerar, la herramienta más importante con que el
químico puede contar. Un buen desarrollo de éste va a determinar el éxito de la
investigación efectuada. Sin él no podemos asegurar un trabajo reproducible, efectivo y
confiable; su importancia está subrayada por aquel viejo proverbio “vale más la más
pálida tinta que la más brillante memoria”. Todo químico deberá estar convencido que
su trabajo será doblemente productivo si hace un uso adecuado de este valioso
recurso.
El diario de laboratorio es la fuente de información utilizada para preparar artículos
científicos y especialmente importante para respaldar una patente.
Los aspectos generales sobre como mantener un diario de laboratorio son:
• Se debe utilizar un diario de pasta dura, las hojas deben estar permanentemente
unidas, no deben emplearse cuadernos que tengan hojas fácilmente desprendibles.
• Cada página debe ser numerada en orden consecutivo.
• Se debe dejar al inicio del diario unas hojas en blanco para hacer un índice de su
contenido.
• La escritura debe hacerse con tinta a prueba de agua, nunca se debe usar lápiz o
marcador pues la humedad y el tiempo llegan a borrar las notas.
• Si la página no se llenó completamente se debe usar una “X” en el espacio vacío.
• Nunca se debe borrar; si se ha cometido un error éste debe tacharse con una línea
horizontal y luego escribir lo correcto.
• No se debe saltar páginas; esto es incorrecto.
• El registro no debe ser ambiguo. Se debe cuidar la gramática y ortografía.
• En los laboratorios de investigación industrial se requiere su firma, así como la de un
testigo, porque el diario puede ser usado como documento legal.
• Siempre se debe escribir y organizar su trabajo para que alguien mas pueda repetir
su experimento sin confusión o duda. Un registro completo y legible es un factor
clave.
• El diario debe ser su amigo, su confidente de trabajo.
Los componentes claves de un registro en el diario de laboratorio son:
1.
2.
3.
4.
La fecha de ejecución del experimento
El título del experimento
Propósito del experimento (objetivo)
La ecuación completa y balanceada de la reacción, cuando aplique.
5
5. La lista de los compuestos químicos que se van a utilizar o producir durante el
experimento, que incluya los nombres de los compuestos, la estructura y peso
molecular, las constantes físicas más comunes como, punto de fusión y ebullición,
índice de refracción, densidad, toxicidad, etc. Para esto se consultan manuales.
6. Un esquema detallado del procedimiento que va a seguirse antes de llegar al
laboratorio. Este procedimiento esquemático describirá en forma muy directa los
pasos a realizar, facilitará el trabajo y ayudará a saber anticipadamente el material y
reactivos que se usarán por lo que el trabajo experimental será más efectivo. (ver
esquema 1)
7. El procedimiento que usted realmente haya hecho y no lo que su texto o esquema
del procedimiento de laboratorio dice que debió hacer.
8. Todas las observaciones, (cambios de color, incrementos o descensos de
temperatura, explosiones, etc.); esto, de preferencia, debe ir acompañado de una
explicación o hipótesis razonable de porqué ocurrieron dichos fenómenos.
9. Referencias bibliográficas sobre el producto o procedimiento.
10. La firma de la persona que llevó a cabo el experimento y la de un testigo, si se
requiere.
11. Los cálculos para determinar el porcentaje de rendimiento, cuando aplique.
CANTIDAD (g o moles) EXPERIMENTAL
% RENDIMIENTO
=
X 100
CANTIDAD (g o moles) TEÓRICA
12.
Los cálculos para determinar el porcentaje de recuperación, en el caso de una
recristalización o extracción.
CANTIDAD (g o moles) EXPERIMENTAL
% RECUPERACIÓN =
X 100
CANTIDAD (g o moles) TEÓRICA
6
ESQUEMA 1
EJEMPLO DEL ESQUEMA DE UN PROCEDIMIENTO
Extracción de ácido benzóico disuelto en cloroformo
7
ESQUEMA 1
Continuación
8
PRÁCTICA No. 1
EXTRACCIÓN
I. OBJETIVO
Aplicar el proceso de extracción líquido-líquido para aislar o separar, eficientemente, un
compuesto orgánico de una mezcla, además de la extracción sólido-líquido para el
aislamiento de metabolitos secundarios a partir de zacate de limón .
II. FUNDAMENTO
La transferencia de un soluto desde una mezcla hacia un solvente es llamada
extracción. El soluto es extraído, de la mezcla donde se encuentra, por un solvente
inmiscible con la mezcla, mediante el proceso de distribución. Cuando la mezcla se
agita con el solvente elegido, el soluto se distribuirá entre las dos fases, llegando al
equilibrio cuando las dos fases se hayan separado.
Csm
Css
Donde: Csm y Css son concentraciones, en g/L, del soluto en la mezcla original y en el
solvente extractor, respectivamente.
En ese momento la relación de las concentraciones del soluto en cada fase está
definida por una constante. Esta constante llamada coeficiente de distribución o de
partición, K, está definida por:
K=
Css
Csm
El coeficiente de distribución tiene un valor constante para cada soluto considerado y
depende de la naturaleza del solvente utilizado en cada caso. La relación de las
concentraciones del soluto en ambas fases es proporcional a la relación de las
solubilidades respectivas.
Sss
K=
Ssm
Donde: Sss y Ssm son las solubilidades del soluto en el solvente extractor y en la mezcla
original, respectivamente.
9
Para un caso en que la mezcla original sea líquida se tiene que:
gss / Vs
Sss
K=
=
Ssm
Donde:
Vs =
Vm =
gss =
gsm =
y:
K =
gsm /Vm
Volumen del solvente extractor
Volumen de la mezcla original
gramos de soluto extraídos con el solvente
gramos de soluto remanentes en la mezcla original
gss Vm
gsm Vs
A partir de la fórmula anterior se puede deducir que es más conveniente dividir el
solvente extractor en varias porciones que hacer una sola extracción con todo el
solvente.
Para ejemplificar lo anterior podemos suponer un sistema con un coeficiente de
distribución de 10; dicho sistema consiste de 5.0 g de un compuesto orgánico disuelto
en 100 mL de agua. Compararemos la efectividad de 3 extracciones, cada una con 50
mL de éter, contra una sola extracción con 150 mL de éter.
En la primera extracción con 50 mL de éter, la cantidad extraída a la capa etérea (x) se
determina por el siguiente cálculo:
Css
K= 10 =
Csm
Csm
Csm
=
(
(
x
50
5 -x
100
)
)
(1)
Despejando de la ecuación (1) resulta:
100x
10 =
(5-x) (50)
10 =
100x
10
250 – 50x
2500 – 500x = 100x
x = 2500 / 600 = 4.166g
En la segunda extracción de la solución acuosa, que ahora contiene 0.83 g de soluto
(5 – 4.166), utilizando otros 50 mL de éter la cantidad extraída, x´, será calculada de la
ecuación (2).
Css
K= 10 =
CCsm
sm
=
(
(
x´
50
)
)
(2)
0.834 – x´
100
Despejando de la ecuación (2) resulta:
100 x´
10 =
50 (0.834 – x)
Despejando
x´ = 0.695
De una manera similar puede demostrarse que en la tercera extracción con otros 50
mL de éter se remueven 0.1156 g de soluto (x”) a la fase etérea, dejando 0.02 g de
soluto en la fase acuosa.
Sumando la cantidad extraída de soluto en las fases etéreas (4.166+0.695+0.1156) se
tienen 4.976 g de soluto extraído.
Si la extracción se ejecuta usando una cantidad equivalente de éter (150 mL) en una
sola extracción, la cantidad extraída de soluto (y) será:
Css
K= 10 =
CCsm
sm
Csm
=
(
(
y
150
5-y
100
)
)
(3)
Despejando de la ecuación (3) resulta:
100 y
10 =
150 (5 – y)
11
y = 4.687
Analizando los resultados se tiene que se extrajeron 0.289 g más de soluto en las tres
extracciones, utilizando porciones pequeñas de éter, que efectuando una sola
extracción con el total del volumen.
Algunos de los disolventes más utilizados son: éter etílico, benceno, tolueno, éter de
petróleo, cloruro de metileno, cloroformo, acetato de etilo y butanol.
Hay diferentes métodos de extracción pero los más utilizados son: el sólido-líquido y el
líquido-líquido.
EXTRACCIÓN SÓLIDO - LÍQUIDO
La forma más simple para efectuar una extracción sólido-líquido es agitar el sólido, con
un solvente dado, en un matraz Erlenmeyer y a continuación decantar o filtrar el
solvente, sin embargo, se prefiere realizar esta extracción de una forma continua,
utilizando un equipo conocido como extractor Soxhlet (ver figura 1).
condensador
vapor
película porosa
para retener el
sólido
tubo sifón
tubo lateral
vertical
matraz de
destilación
solvente de
extracción
Extracción con Equipo Soxhlet
FIGURA 1
EXTRACCIÓN LÍQUIDO - LÍQUIDO
El embudo de separación (ver figura 2) es muy efectivo para realizar extracciones
líquido-líquido a niveles semimicro y macro escala. Utilizando el embudo, los procesos
12
de agitación y separación se efectúan dentro del embudo, en una etapa y por una sola
vez.
Para llenar el embudo de separación usualmente se soporta sobre un anillo metálico tal
y como lo muestra la figura 2. Dado que el embudo es muy fácil de romper, se
recomienda que el anillo metálico esté cubierto con tres trozos, pequeños y abiertos, de
manguera de hule, a su alrededor.
El tapón deberá removerse cuando se drene
Anillo metálico
Separación de fases
FIGURA 2
Se agregan las dos soluciones al embudo, y se maneja tal y como se indica en la
figura 3. Es esencial sujetar firmemente el tapón debido a que los dos solventes
inmiscibles generan una presión cuando son mezclados, esta presión puede forzar al
tapón a salir disparado del embudo. La presión resulta de la suma de las presiones
parciales de los solventes cuando son agitados juntos, estando en equilibrio ambos
vapores con la solución.
El problema de la presión llega a ser especialmente grande cuando se realizan
extracciones con bicarbonato de sodio, donde las impurezas acídicas reaccionan con
éste para producir dióxido de carbono, causando un incremento en la presión dentro del
embudo de separación. Para liberar la presión generada, el embudo es invertido y
ventilado abriendo lentamente la llave tal y como se muestra en la figura 3.
13
PELIGRO
liberación de gases
no dirigir la salida del embudo
hacía alguna persona
sujetar al mismo tiempo el tapón y
la llave de paso firmemente
fases líquidas
sujetar aquí
firmemente
Manejo del embudo de extracción durante la agitación de las fases
FIGURA 3
EXTRACCIÓN A MICROESCALA
A nivel microescala también se pueden realizar extracciones líquido-líquido, en donde
se trabaja con mínimas cantidades de sustancia y material pequeño y de fácil
adquisición, dentro de las ventajas que se tienen al trabajar con pequeñas cantidades
de sustancia, se encuentran: la disminución del costo de la práctica y del riesgo de
accidentes por el manejo de reactivos, el poder almacenar los residuos en un espacio
más pequeño o tratarlos, de manera económica, para hacerlos inocuos o menos
tóxicos.
AGENTES DE SECADO
Al realizar la separación de las fases, la fase orgánica contiene trazas de humedad por
lo que debe ser secada antes de realizar cualquier otra operación, ya que pequeñas
cantidades de humedad inhiben la cristalización de algunos sólidos o, algunos líquidos,
cuando destilan en presencia de agua, reaccionan con ésta, hidrolizándose, o
destilando junto con el agua a una temperatura distinta de sus puntos de ebullición (ver
Práctica No. 5, Destilación por arrastre con vapor). Las sales inorgánicas anhídras,
como los sulfatos de sodio, calcio y magnesio, son las más utilizadas como agentes de
secado, estos compuestos forman hidratos insolubles, removiendo el agua de la fase
orgánica.1
Hay tres requisitos básicos para un agente de secado;
(1) No reaccionar con la sustancia a secar
(2) No disolverse en la sustancia a secar, y
(3) Ser fácil y completamente separable de la fase líquida seca.
14
III. EQUIPO
• Plancha de calentamiento
• Campana de humos
IV. MATERIAL
IV. 1. Extracción líquido-líquido
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Aro metálico
Soporte metálico
Embudo de filtración rápida
Embudo de separación de 100 mL (ver figura 2)
Frasco de tapón esmerilado de boca ancha
Tubo de ensayo de 13 x 100
Agitador de vidrio
Papel filtro
Pizeta
Probeta de 100 mL
Matraz Erlenmeyer de 250 mL
Vaso de precipitado de 250 mL
Vaso de precipitado de 100 mL
Vidrio de reloj
Perlas de ebullición o pedacería de vidrio
IV. 2. Extracción con equipo Soxhlet
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Equipo Soxhlet
Tijeras
Balanza granataria
Matraz bola de 500 mL
Mangueras
Manta de calentamiento o plancha de calentamiento
Soporte metálico
Cartucho de papel para Soxhlet
Vaso de precipitado de 400 mL
Agitador de vidrio o teflón
Sistema de destilación simple o rotavapor
Vial o frasco de 25 mL con tapa
Probeta de 10 mL
Pinzas para el Soxhlet
15
V. REACTIVOS
V. 1. Extracción líquido-líquido
•
•
•
•
Ácido benzoico en cloroformo al 2 % P/V
Solución de hidróxido de sodio al 20 % P/V
Cloruro de calcio o sulfato de sodio anhidros
Ácido clorhídrico concentrado
V. 2. Extracción con equipo Soxhlet
•
•
•
•
250 mL de cloruro de metileno
Perlas de ebullición
Zacate de limón (6.5 g)
Sulfato de sodio anhidro
VI. PROCEDIMIENTO
VI. 1. Extracción líquido-líquido
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
Medir en la probeta de capacidad de 100 mL, 30 mL de la solución de ácido
benzoico en cloroformo al 2% P/V.
Transferir la solución del paso 1 al embudo de separación, el cual deberá estar
soportado sobre el aro metálico.
Medir en la probeta usada en el paso 1, 20 mL de solución de hidróxido de sodio
al 20% P/V.
Transferir la solución de hidróxido de sodio al 20 % P/V al embudo de separación.
Tapar el embudo de separación y proceder a agitar vigorosamente como se
muestra en la figura 3 por 1 o 2 minutos. El embudo de separación debe
manejarse con ambas manos; con una se sujeta el tapón (asegurándolo con el
dedo índice) y con la otra se manipula la llave. Se invierte el embudo y se abre la
llave para eliminar la presión generada en el interior, se cierra la llave.
Repetir 2 veces más el paso 5.
Colocar el embudo en su posición normal (ver figura 2) sobre el aro metálico.
Destapar y dejar reposar hasta que sea nítida la separación entre las dos fases.
Nota: En caso de que se haya formado una emulsión durante este paso, ésta
puede romperse de las siguientes maneras: a) comunicar un movimiento de giro
suave al líquido manteniendo la posición normal del embudo de separación; b)
agitar vigorosamente la capa emulsionada con una varilla de vidrio; c) saturar la
capa acuosa con sal común, lo cuál hace disminuir la solubilidad en agua de la
16
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
17.
18.
19.
20.
mayor parte del soluto y de los disolventes orgánicos, esto se conoce como efecto
salino.
Separar ambas fases, sacar la inferior por la llave y la superior por la boca para
prevenir posibles contaminaciones. Utilizar el vaso de 250 mL para ir recolectando
la fase acuosa.
Transferir la fase orgánica de nuevo al embudo de separación. Si están
identificadas plenamente las fases continuar en el paso 12, si hay dudas continuar
en el paso 11.
Identificar las fases ensayando la solubilidad en agua. Colocar 1 mL de agua en
un tubo de ensayo de 13 x 100 y dejar caer unas gotas de la fase a identificar, si
se observa inmiscibilidad de las mismas, entonces es la fase orgánica, en cambio
si hay miscibilidad entre las fases es la fase acuosa.
Repetir los pasos 3 al 10 dos veces más para completar 3 extracciones.
Transferir la fase orgánica a un matraz Erlenmeyer de 250 mL y agregar 0.1 g de
agente de secado (cloruro de calcio ó sulfato de sodio anhidros) para eliminar el
agua residual.
Transferir la fase orgánica seca a un frasco de tapón esmerilado y etiquetarlo
como fase orgánica de la práctica de extracción.
Neutralizar la fase acuosa (recolectada en el paso 9) con ácido clorhídrico
concentrado al cambio del papel tornasol. En este punto el ácido benzoico
comenzará a precipitar.
Preparar el embudo de filtración rápida colocando el papel filtro.
Filtrar.
Secar en la estufa, a 90 °C, el ácido benzoico, colocando el papel filtro sobre un
vidrio de reloj.
Deseche el filtrado en el drenaje, asegurándose que esté neutro.
Guarde los cristales secos para la práctica de recristalización.
VI. 2. Extracción con equipo Soxhlet
1.
2.
3.
4.
Cortar el zacate de limón en trozos de aproximadamente 1 cm.
Pesar 6.5 g aproximadamente de zacate de limón cortado.
Armar un equipo Soxhlet (ver figura 1).
Colocar el zacate en un cartucho para Soxhlet y cubrir la boca del cartucho con un
trozo de papel filtro.
5.
Colocar el cartucho en la cámara de extracción.
6.
Agregar 250 mL de cloruro de metileno al matraz bola.
7.
Calentar el sistema y extraer por 1 hora.
8.
Desmontar el equipo.
9.
Secar el extracto con sulfato de sodio anhidro.
10. Decantar. Guardar el extracto en frasco de capacidad de 250mL para práctica de
destilación simple.
17
VII. DIAGRAMA DE FLUJO
VII. 1. Extracción líquido-líquido
3
2
1
Medir 30 mL de la
solución
de
ácido
benzoico en cloroformo
Transferir al embudo de
separación la solución
del ácido benzoico
1
6
3
2
5
Repetir el paso 5, dos
veces más. Dejar reposar hasta que se
separen ambas fases
6,7,8
7
4
Tapar el embudo de
separación y agitar vigorosamente. Liberar
la presión generada en
él.
5
Transferir la solución de
hidróxido de sodio al
embudo de separación
donde está la solución
del ácido benzoico
4
8
Separar ambas fases,
sacando la inferior por
la llave y la superior por
la boca
9
Recolectar
la
fase
acuosa en un vaso de
250 mL y la fase
orgánica regresarla al
embudo de separación
9,10
3
NO
Medir 10 mL de la
solución de hidróxido de
sodio al 20 %
10
Repetir pasos 3 a 8 dos
veces más
Se efectuaron
pasos del 3 al 8
tres veces
12
SI
11
Transferir
la
fase
orgánica a un matraz
Erlenmeyer de 250 mL
y agregar 0.1 g de
agente de secado
13
Está identificada
la fase orgánica
NO
9
SI
10
Colocar 1 mL de agua
en un tubo de ensayo;
agregar unas gotas de
la fase a identificar. Si
esta fase es inmiscible
en el agua se trata de la
fase orgánica
11
12
Una vez seca la fase
orgánica transferirla a
un frasco de tapón esmerilado y etiquetarlo
14
13
Neutralizar
la
fase
acuosa, recolectada en
el paso 9 con ácido
clorhídrico concentrado
15
14
18
15
Guardar el precipitado
en un frasco de boca
ancha y etiquetarlo
FIN
14
Filtrar el ácido benzóico
precipitado y desechar el
filtrado neutro al drenaje.
16, 17, 19
18, 20
VII. 2. Extracción con equipo Soxhlet
2
1
Cortar y pesar el zacate
de limón
3
Armar el
Soxhlet
equipo
3
1, 2
Colocar el zacate en el
cartucho.
Colocar
el
cartucho en la cámara de
extracción
4, 5
6
5
Desmontar el equipo.
Secar el extracto con
sulfato
de
sodio
anhidro
4
Calentar el sistema y
extraer por una hora
.
7
Agregar 250 mL de
cloruro de metileno al
matraz bola
6
8, 9
7
Decantar el solvente y
guardarlo.
Ver
destilación simple
FIN
10
Pasos correspondientes
al VI. PROCEDIMIENTO
19
VIII. BIBLIOGRAFÍA
1.
Pavia, Donald L., Lampman, Gary M., Kriz Jr., George S.; Introduction to
Organic Laboratory Techniques, a Contemporary Approach, tercera edición,
Ed. Saunders College Publishing, 1988.
2.
Mayo, Dana W., Weston P., Charles, Pike, Ronald M. y Trumper, Peter K.,
Microscale Organic Laboratory with Multistep and Multiscale Syntheses,
tercera edición, John Wiley & Sons, Inc., 1993.
20
CUESTIONARIO
1.- ¿Qué es y como funciona un extractor sohxlet?
2.- ¿En qué casos conviene emplear el método de extracción continua?
3.- Explique brevemente en que consiste separar solutos por medio de la extracción con
disolventes.
4.- Nombre y estructura del aceite esencial aislado por medio de extracción contínua
5.- Ejemplos de aplicaciones de la extracción líquido-líquido
21
PRÁCTICA No. 2
CRISTALIZACIÓN
I. OBJETIVO
Aplicar los conceptos teóricos y prácticos de la técnica de cristalización y aplicarlos para
purificar un compuesto orgánico.
II. FUNDAMENTO
Los compuestos orgánicos que son sólidos a temperatura ambiente normalmente son
purificados por cristalización. En general, esta técnica involucra disolver el material a
purificar en un solvente (ó mezcla de solventes) caliente y enfriar la solución
lentamente. El material disuelto tiene una menor solubilidad a temperaturas bajas, por lo
cual precipitará cuando la solución sea enfriada. Este fenómeno es llamado
precipitación si el crecimiento del cristal es rápido y no selectivo, y es llamado
cristalización si el proceso es relativamente lento y selectivo. La cristalización es un
proceso en equilibrio y produce material muy puro. Inicialmente, un cristal “semilla” se
forma, creciendo en una forma reversible capa por capa, “seleccionando” de la solución
las moléculas correctas (moléculas del mismo compuesto). En contraste, en el proceso
de precipitación se forma muy rápido la estructura cristalina, atrapando así impurezas.
En general, se debe de evitar un enfriamiento muy lento o muy rápido.
El primer problema por resolver al efectuar una cristalización es escoger el solvente en
el cual el material a purificar muestre el comportamiento adecuado. Idealmente, el
material debe ser poco soluble a temperatura ambiente pero bastante soluble en el
punto de ebullición del solvente.
Solvente pobre
muy soluble a
cualquier
temperatura
gramos
solubles
Solvente adecuado
muy soluble a temperaturas altas
poco soluble a temperatura
ambiente
Solvente pobre
poco soluble a
cualquier
temperatura
Temperatura
Gráfica de solubilidad versus temperatura
FIGURA 1
22
Como se puede observar en la gráfica de la figura 1, la curva de solubilidad para un
solvente utilizado en cristalización debe de tener una pendiente pronunciada. Esto
significa que el material será poco soluble a temperatura ambiente y muy soluble a
temperaturas elevadas. Mientras que una pendiente pequeña no resultará en un cambio
significativo en la solubilidad del material cuando existan cambios de temperatura.
La solubilidad de compuestos orgánicos es una función de las polaridades tanto del
solvente como del soluto. Una escala conveniente para medir la polaridad de un
solvente se basa en la constante dieléctrica ε que es una medida para separar cargas
opuestas. En general a mayor valor de ε mayor será la polaridad del solvente. Si el
soluto es muy polar, se necesitará un solvente muy polar, si el material no es polar, se
tendrá que hacer uso de un solvente no polar, manteniéndose la regla de “lo similar
disuelve a lo similar”. En la tabla 1 se muestran las
solventes orgánicos comunes.
ε
y otras propiedades de algunos
Tabla 1
Propiedades de diferentes solventes
Solvente
Constante
Dieléctrica
p. eb.
(°C)
p. f.
(°C)
Solubilidad
en Agua
Flamabilidad
100
100.5
189
153
81.6
65
78
56
118
61
35
80
80.7
0
7
18.5
<0
<0
<0
<0
<0
17
<0
<0
5
6.5
+
+
+
+
+
+
+
+
+
Ligeramente
-
+
+
+
+
+
+
+
+
++
+
++
ε
Agua
Ácido metanoico
Dimetilsulfóxido
N,N-Dimetilformamida
Acetonitrilo
Metanol
Etanol
Acetona
Acido Acético
Cloroformo
Éter dietílico
Benceno
Ciclohexano
81
58
48
38
38
32
26
21
6
5
4
2
2
La efectividad de la cristalización depende de la diferencia en solubilidad del material en
el solvente caliente y en el solvente frío, lo que se busca es que la sustancia deseada
cristalice al enfriar pero no las impurezas.
23
La solución que se obtiene de una cristalización se llama licor madre; una desventaja de
este método de purificación es que se pierde mucho material de interés durante el
proceso. En general, una cristalización es exitosa solamente si existe una pequeña
cantidad de impurezas. Si existen dos sustancias con solubilidades similares, presentes
en cantidades similares, éstas no podrán ser separadas.
Selección del Solvente
Idealmente, un buen solvente para cristalización debe disolver muy poco material de
interés a bajas temperaturas, pero mucho material cuando está caliente. Sin embargo,
en la práctica esto es más complicado de lo que parece.
Frecuentemente, se selecciona un solvente de cristalización experimentando con varios
solventes en pequeñas cantidades en tubos de ensayo. Este procedimiento de prueba y
error es muy común cuándo uno trabaja con compuestos nuevos. Si los compuestos
son conocidos, se pueden consultar tablas o manuales para obtener información
respecto al solvente adecuado para cristalización.
Al escoger un solvente, se debe tener cuidado en no escoger un solvente con punto de
ebullición mayor al punto de fusión del compuesto a cristalizar, esto provocaría una
fusión de compuesto y posible separación del solvente; esto haría que al enfriar el
solvente, el material de interés se mantenga como una aceite o solidifique, pero no
cristalice.
Un criterio adicional para la selección del solvente es su volatilidad. Un solvente con
bajo punto de ebullición puede ser separado de los cristales por evaporación sin
dificultad. (ver tabla 1).
III. EQUIPO
•
•
•
•
•
•
Balanza analítica
Plancha de calentamiento y agitación
Manta de calentamiento
Reóstato
Agitador magnético
Bomba de vacío de agua
IV. MATERIAL
• Embudo de filtración rápida de cuello corto
• Vaso de precipitado de 250 mL
24
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Etiquetas chicas
Papel aluminio
Agitador de vidrio
Matraz de fondo plano de 2 bocas de 50 o 100 mL
Tapón para matraz bola
Condensador
Embudo de adición
Vaso de precipitado de 150 mL
Papel filtro para filtración rápida y vacío
Probeta de 100 mL
Mechero
Espátula
Pipeta serológica de 1 mL y 10 mL
Tubos de ensayo de 13 x 100 (10)
Vidrio de reloj
Frasco de seguridad
Frasco de boca ancha
Embudo Buchner
Matraz Quitasato
Mangueras
Trampa para vacío o sustituto
Pinzas para tubo de ensayo
Pinzas para soporte
Tripié
Tela de alambre
V. REACTIVOS
• Muestra (proveniente de práctica de extracción)
• Carbón activado
• Solventes:
Agua destilada
Metanol
Etanol 95%
Ácido acético
Acetona
Éter etílico
Cloroformo
Isopropanol
25
VI. PROCEDIMIENTO
Elección del Solvente
1. Preparar 8 cápsulas de papel aluminio.
2. Pesar en una balanza analítica 8 porciones de aproximadamente 25 mg del sólido a
cristalizar utilizando cada una de las cápsulas hechas con papel de aluminio.
3. Colocar cada porción del sólido a cristalizar en 8 tubos de ensaye de 13 x 100.
4. Etiquetar cada tubo con el nombre del solvente que se va a probar.
5. Colocar un vaso de precipitado de 250 mL con agua en una plancha de
calentamiento y calentarla hasta ebullición.
6. Manejar cada uno de los tubos de ensaye por separado.
7. Añadir al tubo de ensaye 0.5 mL del solvente a probar, mediante una pipeta
serológica de 1 mL; si hay disolución total a temperatura ambiente, descartar dicho
solvente para la cristalización. Continuar en el paso 12, si no hay disolución
continuar en el siguiente paso.
8. Colocar el tubo de ensaye conteniendo solvente en el vaso de precipitado con agua.
En el caso de que el solvente sea agua o ácido acético se puede calentar
cuidadosamente, directo con el mechero.
9. Llevar a ebullición el solvente. No permitir evaporación total.
10. Observar el tubo; si el sólido se ha disuelto, esperar a que se enfríe a temperatura
ambiente y observar si cristaliza, de ser así puede ser considerado como solvente
de cristalización; continuar en el paso 13. Si no se disolvió o si precipita antes de
enfriar, continuar en el siguiente paso.
11. Agregar porciones de 0.1 mL de solvente (máxima cantidad de solvente a agregar 2
mL) y calentar hasta observar si hay disolución y agitar, si hay cristalización al
enfriar, continuar en el paso 13. Si no hay disolución, continuar en el siguiente
paso.
12. Desechar (en el depósito de residuos de solventes orgánicos) el solvente.
13. Calcular la solubilidad (mg/mL) para cada solvente en su temperatura de ebullición
correspondiente y seleccionar el mejor solvente de cristalización.
Nota: El solvente más adecuado es aquel que presente el mayor poder de solubilidad
en su temperatura de ebullición y el soluto cristalice adecuadamente al enfriarse el
solvente.
Cristalización
14. Pesar la cantidad de muestra que se va a cristalizar en un matraz bola de 2 bocas
de capacidad adecuada.
15. Calcular la cantidad de solvente requerida de acuerdo a la cantidad de soluto a
cristalizar.
16. Añadir la mitad de la cantidad requerida del solvente elegido y núcleos de ebullición
al matraz bola. Agregar un exceso para evitar la cristalización en embudo.
26
17. Sostener el matraz bola con unas pinzas conectadas a un soporte metálico.
18. Conectar al matraz bola un condensador a reflujo con agua refrigerante circulando y
un embudo de adición. (Ver figura 2).
Reflujo con adición
FIGURA 2
19. Colocar un baño de agua en una plancha de calentamiento e introducir el matraz
bola en el baño o bien colocar el matraz en una manta de calentamiento. En el caso
de que el solvente sea agua o ácido acético se puede calentar cuidadosamente,
directamente con el mechero.
20. Calentar a ebullición la mezcla contenida en el matraz. Agregar lentamente el resto
de la cantidad del solvente elegido a través del embudo de adición, antes de
agregar toda la cantidad de solvente, observar: si no hay disolución completa,
continuar en el paso 21; si hay disolución total, agregar un 15 % de exceso de
solvente y continuar en el paso 23.
21. Agregar lentamente el resto de la cantidad del solvente elegido a través del embudo
de adición.
22. Continuar con el calentamiento a ebullición hasta disolución del sólido. Agregar un
15 % de exceso de solvente.
23. Desconectar el embudo de adición del matraz y agregar una pequeña cantidad (la
punta de una espátula) de carbón activado a la mezcla.
24. Precalentar el embudo de filtración rápida haciéndole pasar solvente caliente y filtrar
la disolución en caliente.
25. Recibir el filtrado caliente en un vaso de precipitado limpio de capacidad adecuada
y permitir que el filtrado se enfríe hasta temperatura ambiente. Si los cristales no
aparecen seguir con el paso 26, si aparecen seguir con el paso 27.
27
26. Inducir la cristalización raspando las paredes del recipiente utilizando un varilla de
vidrio o agregando un cristal del soluto (tomarlo de los tubos de ensayo en donde se
realizaron las pruebas) o enfriando la solución en un baño de agua con hielo.
27. Filtrar a vacío la solución que contiene a los cristales utilizando el embudo Buchner
(ver figura 3). Ver referencia 1.
28. Lavar los cristales usando pequeñas cantidades de solvente frío para remover el
licor madre adherido a la superficie de los cristales.
29. Secar los cristales en el papel filtro.
30. Pesar los cristales y calcular el porciento de recuperación del sólido purificado.
31. Colocar los cristales con todo y papel filtro en un frasco de boca ancha, para ser
utilizado en la práctica de punto de fusión.
EMBUDO
BUCHNER
VACIO
MATRAZ
QUITASATO
TRAMPA
Filtración a vacío con matraz quitasato y embudo Buchner
FIGURA 3
28
VI. DIAGRAMA DE FLUJO
Elección del Solvente
2
1
Colocar 25 mg del
sólido en cada uno de
8 tubos de ensayo.
Etiquetar cada tubo con
el nombre del solvente
a probar
3
Colocar un vaso de
precipitado con agua
en una plancha de
calentamiento y calentarla hasta ebullición
Manejar cada uno de
los tubos de ensayo por
separado
6
5
1,2,3,4
4
SI
EL
SOLVENTE
ES
INFLAMABLE
NO
Agregar a cada uno de
los tubos de ensayo 0.5
mL del solvente a
probar.
SE
DISUELVE
EL SOLUTO
6
SI
7
10
NO
5
7
6
Calentar cuidadosamente directo con el
mechero
Colocar cada uno de
los tubos de ensayo
conteniendo solvente
en el vaso de precipitado con agua caliente.
8
8
Calentar cada uno de
los tubos de ensayo
conteniendo solvente,
hasta ebullición
9
8
8
9
Agregar porciones de 0.1
mL de solvente (agregar
como máximo 2 mL) y
calentar hasta observar
disolución
13
11
NO
Observar si hay disolución y anotar observaciones en el diario
del laboratorio
SE
DISUELVE
EL SOLUTO
SI
10
10
29
10
11
Esperar a que enfríe a
temperatura ambiente el
solvente y observar si
cristaliza el soluto
CRISTALIZA
EL SOLUTO
SI
Considerar a este
solvente
como
posible solvente
de cristalización
10
10
NO
FIN
13
12
Descartar al solvente
probado
como solvente de
cristalización
Calcular la solubilidad
(mg/mL)
para cada solvente y seleccionar el mejor solvente de cristalización
1
2
13
14
Cristalización
14
15
Pesar
la
cantidad
de
muestra que se va a
cristalizar en un matraz bola
de 2 bocas de capacidad
adecuada y calcular la
cantidad
requerida
de
solvente
19
14, 15
Calentar a ebullición la
mezcla contenida en el
matraz bola. En el caso de
que el solvente sea agua o
ácido acético se puede
calentar directo con el
mechero
20
19, 20
16
Añadir la mitad de la
cantidad requerida del
solvente
elegido
y
núcleos de ebullición al
matraz bola
Sostener el matraz
bola con unas pinzas
conectadas
a
un
soporte metálico
17
16
18
17
Colocar un baño de agua
en una plancha de calentamiento e introducir el
matraz bola en el baño o
bien colocar el matraz en
una manta de calentamiento
Conectar al matraz
bola un condensador
a
reflujo
y
un
embudo de adición
18
19
30
20
21
Agregar lentamente
el solvente elegido a
través del embudo de
adición
Continuar con el calentamiento a ebullición,
antes de agregar todo el
solvente, observar
21
22
24
Precalentar el embudo
de filtración rápida y
filtrar la disolución en
caliente. Recibir el
filtrado caliente en un
vaso de precipitado
24, 25
HAY
DISOLUCIÓN
Agregar el resto de la
cantidad del solvente
elegido. Continuar con el
calentamiento
hasta
disolución del sólido.
Agregar un 15 % de
exceso de solvente
Agregar un 15 % de
exceso de solvente.
Desconectar
el
embudo de adición
del matraz bola y
Agregar una pequeña
cantidad
de
carbón activado
23
4
HAY
CRISTALIZACIÓN
SI
26
23
20, 23
Filtrar a vacío utilizando un embudo
Buchner (ver figura
3)
27
NO
29
Inducir la cristalización, raspando con
una varilla de vidrio
las paredes del matraz o agregando un
cristal del soluto o
enfriando en baño de
agua y hielo
SI
22
25
27
23
23
25
Permitir que el filtrado
se enfríe hasta temperatura ambiente
NO
28
Secar, pesar, calcular el
porciento de recuperación
del sólido purificado y
guardar los cristales en un
frasco de boca ancha
limpio y etiquetado
Lavar los cristales
que se quedan en el
papel filtro con pequeñas cantidades
de solvente frío
28
29, 30, 31
26
FIN
26
- Pasos correspondientes al VI. Procedimiento
31
VIII. BIBLIOGRAFÍA
1.
Pavia, Donald L., Lampman, Gary M., Kriz Jr., George S., Introduction to
Organic Laboratory Techniques, A Contemporary Approach, tercera edición,
Saunders College Publishing, 1988.
2.
Hart, R.D. Schuetz, Organic Chemistry, A Short Course, quinta edición, Hougton
Mifflin Company, 1978.
3.
Popp, H.P. Schultz, Organic Chemical Preparations, W.B. Saunders Company,
1964.
4.
Domínguez, Xorge A., Domínguez, S. Xorge Alejandro, Química Orgánica
Experimental, Editorial Limusa, primera edición, 1982.
32
CUESTIONARIO
1.- ¿Cuáles fueron los disolventes usados para hacer la cristalización?
2.- ¿Qué características presentan el par de disolventes?
3.- ¿Por qué es importante mantener el volumen de la solución durante el
calentamiento?
4.- ¿Qué diferencias encuentra entre la sustancia pura y la sustancia sin purificar?
33
PRÁCTICA No. 3
DESTILACIÓN SIMPLE Y FRACCIONADA A
PRESIÓN NORMAL Y PRESIÓN REDUCIDA
I. OBJETIVO
Aprender la técnica de la destilación simple y fraccionada tanto a presión normal como
presión reducida, así como adquirir el criterio para aplicar estas técnicas y saber montar
correctamente el equipo correspondiente.
II. FUNDAMENTO
II.1. Destilación
La destilación es un método para purificar sustancias que son líquidas a temperatura
ambiente. Este proceso consiste en que una sustancia es llevada, por medio de
calentamiento, a la fase vapor, para luego ser condensada cuando se hace pasar por
un medio refrigerante.
La técnica es útil para purificar un líquido o bien para separar una mezcla de líquidos
cuando los componentes tienen diferentes puntos de ebullición y siguen un
comportamiento ideal, de acuerdo a la ley de Raoult, es decir, no forman azeótropos.
El químico puede disponer de cuatro métodos básicos de destilación que son:
destilación simple, destilación fraccionada, destilación a presión reducida (fraccionada y
simple) y destilación por arrastre con vapor.
II. 2. Puntos de ebullición
El punto de ebullición es la constante física en la cual se fundamenta la destilación.
Cuando un líquido es calentado, su presión de vapor se incrementa hasta igualar la
presión atmosférica, en este punto la temperatura se eleva hasta alcanzar un valor
constante y se observa que el compuesto ebulle.
La temperatura a la cual la presión de vapor del líquido se iguala a la presión
atmosférica se conoce como punto normal de ebullición y es una constante
característica del compuesto en cuestión. La relación entre la presión aplicada y la
temperatura de ebullición de un líquido está dada en la siguiente gráfica (ver figura 1).
34
Peb. a:760 mm de Hg
760
presión de
vapor
(mm de Hg)
Peb. a: 100 mm de Hg
100
temperatura
Relación entre presión de vapor y temperatura
FIGURA 1
Ya que la ebullición depende de la presión del sistema, es importante registrar la
presión barométrica a la cual se lleva a cabo la destilación.
Como una regla, no muy exacta, el punto de ebullición disminuye 0.5 °C por cada 10
milímetros de descenso en la columna de Hg cuando se trabaja a una presión cercana
a la atmosférica, y 10 ºC por cada 10 mm de descenso en la columna de Hg cuando se
trabaja a presiones cercanas a cero. Una mayor aproximación del cambio del punto de
ebullición con la variación de la presión puede ser obtenida por el uso de un
nomograma. (ver figura 2).
La manera de usar el nomograma presentado en la figura 2, es la siguiente: suponer
que la temperatura de ebullición reportada es 100 oC a 1 mm, para determinar la
temperatura de ebullición a 18 mm, conectar 100 oC en la columna A a 1 mm (columna
C) con una regla transparente de plástico y observar donde intersecta esta línea con la
columna B (alrededor de 280 oC). Este valor podría corresponder al punto de ebullición
normal, luego, conectar 280 oC (columna B) con 18 mm (columna C) y observar donde
intersecta la línea con la columna A (151 oC). La temperatura de ebullición aproximada
será 151 oC a 18 mm.
II. 3. Destilación Simple
Cuando un líquido puro es calentado en el matraz destilador (ver figura 3) el vapor de
éste se eleva hasta llegar a ponerse en contacto con el bulbo del termómetro donde se
establecerá un equilibrio líquido-vapor, ya que el vapor que llega se condensa, en ese
instante, la temperatura permanece constante y el vapor que pasa por el refrigerante se
35
condensa. En este proceso la temperatura no varía porque la composición de la fase
líquida y la del vapor en equilibrio es la misma en todo momento.
PUNTO DE
EBULLICIÓN
OBSERVADO A
“P” mm
o
C
A
PUNTO DE EBULLICIÓN
CORREGIDO A 760 mm
o
PRESIÓN
“P” mm
0.
1
C
C
B
Nomograma de alineamiento presión -temperatura
FIGURA 2
Cuando una mezcla de líquidos es calentada, la temperatura por lo general no
permanece constante, sino que varía todo el tiempo, esto se debe a que en una mezcla
la composición del vapor en equilibrio con la solución calentada, no es la misma como
es en el caso de un líquido puro. Lo anterior puede ser fácilmente deducido de la gráfica
mostrada en la figura 4. En esta figura se muestra un diagrama de fases ilustrativo del
comportamiento de una mezcla de dos componentes (A y B).
En el diagrama, las líneas horizontales representan temperaturas constantes, la curva
superior la composición de la fase vapor y la inferior la del líquido.
36
termómetro
adaptador
para
termómetro
Condensador o
refrigerante
cabeza de
destilación
Tubo de salida o
adaptador para
vacío
matraz
destilador
matraz
colector
salida de agua
entrada de
agua
Equipo para Destilación Simple
FIGURA 3
P.eb.
A
VAPOR
TEMPERATURA
X
t
Y
P.eb.
B
LÍQUIDO
100%
A
W
COMPOSICIÓN
Z
100%
B
Diagrama de fases
FIGURA 4
37
Para la línea horizontal t habrá dos intersecciones, una con la curva de composición del
líquido, y la otra con la línea de composición del vapor que está en equilibrio a dicha
temperatura. La intersección X con la curva del líquido nos proporciona la composición
de la solución W la intersección Y con la curva del vapor nos da la composición de la
solución Z.
Una mezcla A y B de composición W tendrá el siguiente comportamiento al ser
calentada. La temperatura del líquido aumentará hasta alcanzar su punto de ebullición
en la línea horizontal t la cual corresponde a la línea WX y comienza a vaporizar a lo
largo de la línea XY, el vapor tendrá entonces una composición Z; en otras palabras, el
primer vapor que destila de la mezcla no contiene solo B, es más rico en B que la
mezcla original pero tiene una cantidad apreciable de A desde el inicio de la destilación.
El resultado es que no es posible separar completamente una mezcla por destilación
simple. Existen dos casos en los cuales es posible obtener una separación aceptable
de los compuestos relativamente puros. En el primer caso, los componentes deberán
tener una diferencia en sus puntos de ebullición mayor a 100 ºC. Un segundo caso es
cuando B tiene una concentración en la mezcla menor que 10 %.
Cuando la diferencia de puntos de ebullición no es muy grande y se requiera una alta
pureza, se debe emplear la destilación fraccionada.
La posición del bulbo de mercurio del termómetro es básica para obtener una correcta
lectura de la temperatura de ebullición del líquido, el termómetro debe colocarse en la
corriente de vapor (ver figura 3). En el matraz destilador se coloca la mezcla a destilar,
cuidando de no rebasar la tercera parte del volumen del mismo, pues es necesario
guardar un espacio suficiente para que el líquido ebulla, tampoco debe usarse un
volumen muy bajo porque esto dificulta la destilación, ya que el líquido solamente
refluiría, por la gran diferencia de tamaño de la muestra y el matraz.
Cuando se calienta el sistema, la temperatura del líquido se incrementa hasta alcanzar
el punto de ebullición, en ese momento un anillo del condensado (anillo de reflujo)
asciende y toca el bulbo del termómetro, esto hace que la columna de mercurio se
eleve bruscamente llegando a un punto estacionario, o sea, el punto de ebullición,
después el vapor pasa al refrigerante y condensa.
Para la destilación podemos emplear dos tipos de condensadores: el condensador de
agua y el condensador de aire.
El condensador de agua es el mostrado en la figura 3 (éste tiene una chaqueta de
enfriamiento). Sin embargo, cuando el líquido que va a ser destilado, tiene un alto punto
de ebullición (mayor de 180 ºC a la presión de trabajo) se debe emplear un
condensador de aire, el cual no tiene chaqueta de enfriamiento (o simplemente no se
recircula agua en el condensador mostrado en la figura 3). Esto, entre otras razones,
es porque si se emplea un condensador de agua la alta temperatura del vapor caliente
38
puede causar un choque térmico con la temperatura del refrigerante y éste podría
romperse.
II. 4. Destilación Simple a Presión Reducida
La destilación a presión reducida se usa cuando los compuestos que se requiere
purificar presentan puntos de ebullición muy elevados (arriba de 200 ºC) o cuando estos
se descomponen al alcanzar su punto de ebullición a la presión atmosférica. Por
ejemplo un líquido que tenga un punto de ebullición de 200 ºC a presión normal, tendrá
un punto de ebullición de 90 ºC a 20 mm de Hg. El nomograma de la figura 2, puede
ser usado para determinar cual va a ser la nueva temperatura de ebullición a una
presión dada para cualquier líquido no asociado (que no forma puentes de hidrógeno).
La técnica a presión reducida se efectúa empleando casi el mismo equipo de la
destilación simple (ver figura 3) con cuatro variantes, una es la intercalación de un tubo
de Claisen (ver figura 8) (donde se coloca un burbujeador) entre el matraz destilador y
la cabeza de destilación; otra es el uso de un recolector de fracciones llamado “vaquita”
(ver figura 5); otro recolector de fracciones es el que se presenta en la figura 6, los
cuales son muy útiles para recolectar fracciones a diferentes intervalos de temperatura,
sin tener que detener la destilación para cambiar el matraz colector; otra variante con
respecto al equipo para destilación simple, es el uso de un manómetro (hay de varios
tipos: digitales, de aguja, etc. en la figura 7 se muestran algunos de mercurio); el uso
de un sistema que proporcione el vacío necesario para trabajar es, por último, la cuarta
diferencia. Este último puede ser una trampa de agua, una bomba de agua para vacío o
una bomba de aceite para alto vacío. La trampa puede proporcionar hasta 400 mm de
Hg de presión interna, mientras que la bomba de aceite puede dar menos de 0.5 mm de
Hg. Las bombas de agua pueden alcanzar hasta 25 mm de Hg.
En la figura 8 se muestra un equipo para destilación simple a presión reducida donde
se muestran todas las diferencias mencionadas anteriormente, excepto los colectores
de destilado (ver figuras 5 y 6) los cuales serían colocados en lugar del matraz colector
mostrado en la figura 8.
Colector de fracciones (“vaquita”)
FIGURA 5
39
vacío
aire
Matraz recolector de fracciones en una destilación a presión reducida
FIGURA 6
Manómetros o vacuómetros
FIGURA 7
En la figura 8 vemos las diferentes partes de que consta el equipo, el tubo A puede
suprimirse, empleando en su lugar agitación magnética. Las mangueras para conectar
el equipo al sistema de vacío deberán ser de pared gruesa, además, se debe revisar
cuidadosamente el material de vidrio, cualquier fisura puede provocar una implosión.
Cuando se trabaja a bajas presiones (con bomba de vacío) se hace necesaria una
buena trampa para proteger la bomba así como lubricar las juntas esmeriladas con
grasa de silicona para alto vacío.
VI. 5. Destilación Fraccionada
Es frecuente que un componente en una mezcla, no solo es la mayor parte de una
muestra sino que también tiene un punto de ebullición muy cercano al componente de
interés. En este caso, una destilación simple, no efectuará ninguna separación.
40
pinzas para
control de vacío
C
adaptador para
termómetro
llave de paso
B
vacío
A
tubo T o Y
manómetro
Trampa para
presiones
moderadamente
bajas
tubo
Claisen
adaptador
para vacío
tubo generador
de burbujas
burbujador
alternativo
agua
matraz
recolector
Equipo para destilación simple a presión reducida
FIGURA 8
Como ya sabemos, el condensado inicial, será enriquecido con el componente más
volátil.
Si este condensado inicial C1 (ver figura 3) es redestilado, el condensado inicial de
este segundo destilado C2 será más enriquecido del componente más volátil, al mismo
tiempo, el matraz destilador, se enriquecerá del componente menos volátil.
Por una continua repetición de este proceso (una serie de destilaciones simples),
podremos llegar a separar dicha mezcla, obviamente esto consumiría mucho tiempo y
sería muy tedioso.
Afortunadamente, usando una columna de fraccionamiento sobre el matraz destilador
(ver figura 9) es posible efectuar la misma separación en una sola operación.
41
Existen varios tipos de columnas de fraccionamiento que se pueden emplear, como las
mostradas en la figura 10, las columnas A y B (ésta última es plateada para mantener
mejor el calor durante la destilación) pueden ser empacadas con cualquier material, la C
es del tipo Vigreux, y la D es una columna tipo Hempel.
Columna de
fraccionamiento
Equipo de Destilación Fraccionada
FIGURA 9
La columna Vigreux tiene pequeños dientes internos hacia abajo, la Hempel es del tipo
empacada con pedacería de vidrio o con anillos o hélices de acero inoxidable. Ambos
tipos de columnas presentan una gran área de superficie donde el equilibrio líquidovapor se establece un número muy grande de veces, esto equivaldría a un número
igual de destilaciones simples, en un mismo proceso.
A
B
C
D
Columnas para
Destilación
Fraccionada
FIGURA 10
42
Cuando el matraz destilador es calentado, el vapor es enriquecido en el componente
más volátil, este vapor se mueve y llega a la parte inferior de la columna donde entra en
contacto con el empaque, aquí el líquido formado es de nuevo calentado con los
vapores que vienen del matraz destilador y vuelven a ascender con una composición
más rica en el más volátil, el menos volátil retorna al destilador efectuándose una
segunda destilación. El vapor en ascenso encontrará por supuesto mas empaque y esta
condensación de vapores, calentados por otros vapores, continuará una secuencia de
redestilaciones sucesivas hasta alcanzar la parte superior de la columna. De esta
manera, el vapor que llega a la cabeza de destilación consiste de un componente puro.
La eficiencia de una columna, es dada por el número total de platos teóricos2.
Es importante aclarar que los equipos de destilación mostrados aquí son solo un
ejemplo de los muchos diseños que se encuentran en el mercado. Existen equipos para
destilación simple y fraccionada para trabajo a microescala (ver figura 11), así mismo
existen diseños especiales que se usan en cierto tipo de industrias (ver figura 12), los
arreglos, dependiendo del tipo y cantidad de muestra son muy variados (ver figura 13).
Sin embargo, el funcionamiento de todos ellos se basan en el mismo concepto que se
ha explicado en las secciones anteriores.
Equipo de destilación usado en microescala
FIGURA 11
43
vacío
aire
Equipo de destilación fraccionada a presión reducida
FIGURA 12
Equipos de destilación para diferentes aplicaciones
FIGURA 13
III. EQUIPO
• Plancha de calentamiento con agitación o bien manta de calentamiento con reóstato
y agitador magnético
44
• Bomba de vacío o trampa de vacío según la presión a que se debe llevar a cabo la
destilación.
• Manómetro
• Baño de enfriamiento
• Bomba de recirculación
IV. MATERIAL
• Equipo Exelo o Corning (matraz destilador, refrigerante, cabeza de destilación,
matraz colector y adaptador para vacío)
• Termómetro
• Vaso de precipitado de 600 mL para baño María (si no hay manta de calentamiento)
• Soportes (2)
• Espátula
• Pinzas para soporte (4)
• Mangueras de hule (2)
• Vaquita con 3 matraces de 25 mL unión esmerilada (ver figura 5)
• Barrita magnética
• Matraz quitasato
• Mangueras de pared gruesa (2)
• Trampa (para agua o solventes) para proteger la bomba de vacío
• Unión T de vidrio
• Llave de Mohr para controlar la presión
• Tubo de Claisen
• Vaso Dewar (termo)
• Núcleos de ebullición
V. REACTIVOS
•
•
•
•
•
Muestras a destilar (ver extracción contínua, propanol− 2 octanol)
Vaselina y/o grasa silicona para alto vacío
Dióxido de carbono sólido (sí se trabaja al alto vacío)
Acetona (sí se trabaja al alto vacío)
Sulfato de magnesio o de sodio anhidro
VI. PROCEDIMIENTO
VI. 1. Destilación a Presión Normal
1.
2.
3.
Lavar y secar perfectamente el equipo de vidrio que se va a emplear (ver figura
3). Revisar el material de vidrio para detectar fisuras.
Secar el líquido a destilar añadiendo, con una espátula sulfato de sodio anhidro y
decantarlo en el matraz destilador, cuidando que no se llene más de la mitad.
Armar el equipo de vidrio para destilación simple (ver figura 3)
45
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
17.
Lubricar las juntas esmeriladas con vaselina.
Sujetar el matraz destilador y el refrigerante con pinzas.
Sujetar el colector de tal manera que pueda ser fácilmente separado.
Agregar al matraz de destilación algunas perlas (núcleos) de ebullición. Nota: Si
se va a usar agitación magnética, no se agregan las perlas de ebullición.
Pesar el matraz de destilación con las perlas de ebullición.
Pesar la muestra líquida a destilar y transferirla al matraz de destilación.
Pesar el matraz de destilación con las perlas de ebullición y la muestra.
Anotar los datos de los pesos en el diario de laboratorio.
Hacer pasar el agua por el refrigerante, cuidando que la manguera de entrada de
agua se conecte de tal manera que el agua entre en contra de la fuerza de
gravedad.
Calentar el contenido del matraz de destilación empleando un baño de agua o de
aceite o bien una manta de calentamiento, según sea el punto de ebullición del
compuesto a destilar, dicho calentamiento debe ser tal que el destilado se obtenga
con una velocidad no mayor a una gota por segundo.
Nota: Es muy importante mantener el sistema abierto a la atmósfera cuando se
trabaja a presión normal pues si esto no se hace, se provoca una explosión.
Recoger el destilado en el matraz colector previamente pesado.
Medir y anotar el intervalo de temperatura al cual destila la muestra. Nota: No
calentar el matraz a sequedad.
Pesar los matraces de destilación y colector y anotar los datos en el diario.
Guardar el destilado en un frasco adecuado, debidamente etiquetado.
VI. 2. Presión Reducida (400 mm. de Hg o mayores)
1.
Efectuar los pasos 1 y 2 del procedimiento anterior VI. 1. Si la muestra líquida a
destilar contiene un solvente volátil eliminarlo previamente, efectuando todos los
pasos indicados en VI. 1.
2.
Ensamblar el aparato de la figura 8, sin incluir el burbujeador. Para conectar el
adaptador de vacío a la trampa (usar una trampa de agua) y el manómetro se
deben usar mangueras de pared gruesa.
3.
Lubricar las juntas esmeriladas con grasa silicona.
4.
Sujetar el matraz destilador y el refrigerante con pinzas.
5.
Sujetar el colector tipo “vaquita” (pesar previamente todos los matraces) de tal
manera que pueda ser fácilmente separado. Si no se dispone del colector tipo
“vaquita” usar un matraz como se muestra en la figura 8 y suspender el vacío
cada que se reciba una nueva fracción.
6.
Efectuar los pasos 6 a 12 del procedimiento anterior VI. 1.
7.
Abrir las pinzas en el control de vacío C.
8.
Abrir la trampa de vacío para conectar el sistema de vacío
9.
Cerrar las pinzas del control de vacío C cuidando de que el líquido no ebulla ni se
vomite a los matraces colectores y abrir la llave de paso B (para conectar el
manómetro) hasta alcanzar la presión deseada en el manómetro.
10. Calentar hasta que el líquido destile.
46
11. Colectar las diferentes fracciones de acuerdo a su rango de ebullición, rotando
cuidadosamente la unión esmerilada de la vaquita, cuidando que la presión interna
del sistema no varíe. Nota: No calentar el matraz a sequedad.
12. Al terminar la destilación se abren las pinzas del control de vacío C y se retiran los
matraces de la vaquita, la agitación y el calentamiento.
13. Pesar los matraces de destilación y colector y anotar los datos en el diario.
14. Guardar las fracciones destiladas en frascos debidamente etiquetados.
VI. 3. Alto Vacío
1.
Efectuar los pasos 1 y 2 del procedimiento VI. 1. Si la muestra líquida a destilar
contiene un solvente volátil eliminarlo previamente, efectuando todos los pasos
indicados en VI. 1.
2.
Ensamblar el aparato de la figura 8. (con la opción de usar un colector como el de
las figuras 5 o 6). En lugar de la trampa mostrada en la figura 8 usar la que se
indica en los pasos 3 y 4.
3.
Preparar una mezcla de hielo seco machacado, y acetona en un vaso Dewar.
4.
Introducir la trampa de agua y solventes en el vaso Dewar (un vaso térmico).
5.
Efectuar los pasos 6 a 12 del procedimiento VI. 1.
6.
Calentar ligeramente el matraz destilador mediante una manta de calentamiento
conectada a un reóstato. Si no se usa el burbujeador, colocar en el matraz
destilador una barra magnética y encender la plancha de agitación.
7.
Conectar la bomba de alto vacío con las pinzas de control de presión abierta C.
8.
Cerrar las pinzas del control de vacío C cuidando de que el líquido no ebulla ni se
vomite a los matraces colectores y abrir la llave de paso B (para conectar el
manómetro) hasta alcanzar la presión deseada en el vacuómetro.
9.
Continuar el calentamiento gradualmente con mucha precaución hasta que
destilen las diferentes fracciones de la muestra.
10. Efectuar los pasos 11 a 14 del procedimiento VI. 2.
VI. 4. Destilación fraccionada
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
Lavar y secar perfectamente el equipo de vidrio que se va a emplear (ver figura 9)
Secar el líquido a destilar añadiendo con una espátula sulfato de sodio anhidro y
decantarlo en el matraz destilador, cuidando que no se llene más de la mitad.
Empacar la columna de fraccionamiento con el material seleccionado.
Armar el equipo de vidrio usado para destilación fraccionada (ver figura 9).
Efectuar los pasos 4 a 13 del procedimiento VI. 1.
Recoger en diferentes colectores (previamente pesados) las fracciones destiladas
dependiendo del intervalo de ebullición.
Medir y anotar el intervalo de temperatura al cual destila cada fracción. Nota: No
calentar el matraz a sequedad.
Pesar los matraces de destilación y colectores y anotar los datos en el diario.
Guardar las fracciones destiladas en un frasco adecuado debidamente etiquetado.
47
VII. DIAGRAMA DE FLUJO
VII. 1. Destilación a Presión Normal
1
2
3
Lavar y secar perfectamente el equipo de vidrio que se
va a emplear (ver
figura 3)
Revisar el material
de vidrio para detectar fisuras
Secar el líquido a
destilar con sulfato
de sodio anhidro y
decantarlo
en
el
matraz destilador
1
1
2
6
5
4
Sujetar el colector de
tal manera que pueda ser fácilmente
separado.
Lubricar las juntas
esmeriladas con vaselina. Sujetar el
matraz destilador y el
refrigerante con pinzas
Armar el equipo de
vidrio para la destilación simple (ver
figura 3)
6
3
4,5
7
8
9
Agregar al matraz de
destilación
algunos
núcleos de ebullición,
si es que no se va a
usar agitación magnética
Pesar el matraz de
destilación con las
perlas de ebullición, la
muestra líquida a
destilar y el matraz de
destilación con las
perlas de ebullición y
la muestra
Anotar los datos de
los pesos en el diario
de laboratorio. Hacer
pasar agua por el
refrigerante
7
8,9,10
12
11
Recoger el destilado
en el matraz colector
previamente pesado.
Medir y anotar el
intervalo de temperatura al cual destila la muestra. Nota:
No calentar el matraz
a sequedad
Destilar
a
una
velocidad no mayor
de una gota por
segundo. Mantener el
sistema de destilación abierto
13
11,12
10
Calentar el contenido
del matraz de destilación, según sea el
punto de ebullición
del compuesto a
destilar
13
13
14,15
48
13
Pesar los matraces
de
destilación
y
colector y anotar los
datos en el diario.
Guardar el destilado
en un frasco adecuado, debidamente etiquetado
FIN
16,17
VII. 2. Presión Reducida (400 mm. de Hg o mayores)
2
1
Efectuar los pasos 1
a 3 del diagrama de
flujo VII. 1.
SI
La muestra líquida
contiene un solvente
volátil
1
Destilar solvente volátil efectuando todos
los pasos 4 a 13 del
diagrama anterior VII.
1.
1
NO
3
5
4
Sujetar el colector (pesar previamente) de tal
manera que pueda ser
fácilmente separado.
Lubricar las juntas
esmeriladas con grasa
de silicona. Sujetar el
matraz destilador y el
refrigerante con pinzas
5
Ensamblar el aparato
de la figura 8, sin el
burbujeador.
Para
conectar el adaptador de vacío a la
trampa y el manómetro usar mangueras de pared gruesa.
3,4
2
6
7
8
Efectuar los pasos 6 a
9 del diagrama de flujo
VII. 1.
Abrir las pinzas en el
control de vacío C (ver
figura 8)
Abrir la trampa de
vacío para conectar el
sistema de vacío
6
7
9
8
49
9
10
11
Cerrar las pinzas del
control de vacío C
cuidando de que el
líquido no ebulla a
saltos ni se vomite al
matraz colector
Abrir la llave de paso B
hasta
alcanzar
la
presión deseada en el
manómetro
Calentar con precaución hasta que el
líquido destile.
9
9
14
10
12
13
Colectar las fracciones
de acuerdo a su rango
de ebullición, cuidando
que la presión interna
del sistema no varíe
Abrir las pinzas del
control de vacío C al
terminar la destilación.
Retirar
el
matraz
colector, la agitación y
el calentamiento
Pesar los matraces de
destilación y colector y
anotar los datos en el
diario.
13
11
12
15
Guardar las fracciones
destiladas en frascos
debidamente
etiquetados
FIN
14
VII. 3. Alto Vacío
2
1
Efectuar los pasos 1
a 3 del diagrama de
flujo VII. 1.
SI
La muestra líquida
contiene un solvente
volátil
1
Destilar solvente volátil efectuando todos
los pasos 4 a 13 del
diagrama anterior VII.
1.
1
NO
5
4
3
Introducir la trampa
de agua y solventes
en el vaso Dewar
Preparar una mezcla
de hielo seco machacado, y acetona en
un vaso Dewar.
Ensamblar el aparato
de la figura 8. (con la
opción de usar un
colector como el de las
figuras 5 o 6)
4
6
3
2
50
6
7
8
Efectuar los pasos 6 a
9 del diagrama de flujo
VII. 1.
Calentar ligeramente el matraz destilador mediante una
manta de calentamiento
Agitar la muestra a
destilar
mediante
agitador magnético
5
6
11
10
Abrir la llave de paso
B hasta alcanzar la
presión deseada en
el vacuómetro
Cerrar las pinzas en
C cuidando de que
el líquido no ebulla a
saltos ni se vomite a
los matraces colectores
8
12
9
Conectar la bomba
de alto vacío manteniendo las pinzas
de control de presión C abierta
7
8
13
Continuar el calentamiento gradualmente
con mucha precaución hasta que destile
la muestra
6
Efectuar los pasos
13 a 16 del diagrama
de flujo VII. 2.
FIN
10
9
VII. 4. Destilación fraccionada
1
2
3
Lavar y secar perfectamente el equipo de
vidrio que se va a
emplear (ver figura
9)
Secar el líquido a
destilar con sulfato de
sodio
anhidro.
Decantar
en
el
matraz destilador
Empacar la columna
de
fraccionamiento
con el material seleccionado
1
2
3
6
5
4
Recoger en diferentes
colectores
(previamente pesados) las fracciones
destiladas
Efectuar los pasos 5
a 11 del diagrama de
flujo VII. 1.
Armar el equipo de
vidrio usado para
destilación
fraccionada (ver figura 9)
6
7
5
4
51
7
8
9
Medir y anotar el
intervalo de temperatura al cual destila cada fracción
Pesar los matraces
de destilación y colectores y anotar los
datos en el diario
Guardar las fracciones destiladas en
un frasco adecuado
etiquetado.
7
8
Pasos correspondientes al VI. PROCEDIMIENTO
9
FIN
VIII. BIBLIOGRAFÍA
1.
Pavia, Donald L. Lampam, Gary M. y Kriz Jr, Goerge S., Introduction to
Organic Laboratory Techniques a Contemporary Approach; tercera edición,
Saunders College Publishing, 1988.
2.
Krubsack, Arnold J., Experimental Organic Chemistry, Allyn and Bacon Inc.,
Boston, 1973.
52
CUESTIONARIO
1.- ¿Cómo
2.- ¿Qué
varía el punto de ebullición de un líquido con la presión externa? .
es la destilación y cuáles son sus ventajas?
3.- Dé
las diferencias entre una destilación a presión reducida y una destilación a
presión normal, y si alguna de las dos necesita agitación, explicar el por qué.
4.- Razón
por la cual se deben de utilizar perlas de ebullición en la técnica de
destilación.
53
PRÁCTICA No. 4
DESTILACIÓN POR ARRASTRE CON VAPOR
I. OBJETIVO
Aislar compuestos orgánicos de interés a partir de productos naturales o mezclas de
reacción complejas utilizando la técnica de destilación por arrastre con vapor.
II. FUNDAMENTO
Las destilaciones simples y fraccionadas se aplican para separar (o purificar) mezclas
de líquidos completamente solubles. Sin embargo, cuando los líquidos son inmiscibles,
estos pueden ser también destilados. Una mezcla de líquidos inmiscibles ebullirá a una
temperatura más baja que los puntos de ebullición de los componentes individuales.
Cuando se utiliza vapor de agua para proveer una de las fases inmiscibles, se le conoce
al proceso como destilación por arrastre con vapor. Las sustancias inestables ó de alto
punto de ebullición pueden ser separadas de la mezcla líquida a temperaturas menores
a los 100 oC, evitando así la descomposición del material deseado. Cuando las
sustancias son calentadas en combinación con el agua, los vapores de ambas se
mezclan en la fase gaseosa, codestilando de esta forma, siempre y cuando dichas
sustancias presenten una mínima presión de vapor a 100 oC. El líquido de interés se
separa de la fase acuosa, después de enfriar, debido a su inmiscibilidad. La destilación
por arrastre con vapor es ampliamente utilizada en el aislamiento de líquidos y sólidos
de fuentes naturales, o para remover productos de mezclas complejas de reacción.
Si dos líquidos A y B son completamente solubles y no existe interacción, forman una
solución ideal y siguen la ley de Raoult:
Líquidos miscibles: P total = PAoNA + PBoNB
Donde:
P total - Presión total
PAo - Presión parcial de A
PBo - Presión parcial de B
NA - Fracción molar de A
NB - Fracción molar de B
La cual nos indica que la composición del vapor dependerá de las presiones de vapor y
las fracciones mol de cada componente de la mezcla.
En contraste, cuando dos líquidos son inmiscibles producen una mezcla heterogénea,
donde cada uno ejerce su propia presión de vapor independiente del resto de los
componentes, dando la siguiente ecuación:
Líquidos inmiscibles:
P total = PAo + PBo
54
Las presiones de vapor de los líquidos puros se suman, a una temperatura dada, para
obtener la presión total de la mezcla. Cuando la presión total es igual a 760 mm Hg, se
obtiene la ebullición de la mezcla. La composición del vapor en una mezcla inmiscible,
se define como:
moles A / moles B = PAo / PBo
Una mezcla de líquidos ebulle cuando la suma de sus presiones parciales se iguala a la
presión atmosférica (760 mm Hg a nivel del mar). La mezcla de dos líquidos inmiscibles
ebulle a una temperatura más baja que los puntos de ebullición de cada componente.
Por lo tanto una mezcla de dos líquidos, en donde uno de éstos es el agua, ebullirá
siempre a una temperatura menor de 100 OC, ya que el segundo líquido estará
aportando algo de presión de vapor a la presión total del sistema y consecuentemente
los 760 mm Hg necesarios para ebullir se alcanzarán antes de los 100 OC que necesita
el agua para ebullir cuando destila sola.
En una mezcla de líquidos miscibles, la composición del vapor depende de las
cantidades relativas de A y B presentes, por lo que la composición del vapor cambia
durante la destilación. En contraste, la composición de vapor con líquidos inmiscibles es
independiente de la cantidad de A y B, explicando así el porqué la composición de
vapor se mantiene constante durante el proceso de destilación.
Los métodos utilizados para destilación por arrastre con vapor en el laboratorio son dos.
El primer método llamado “método de vapor en vivo” utiliza vapor de agua que pasa
hacia el matraz conteniendo la mezcla que contiene el o los compuestos de interés. Es
el método más ampliamente utilizado, especialmente con substancias de alto peso
molecular y sólidos volátiles.
55
agua
agua
agua
Muestra a
destilar
Equipo de destilación por arrastre, método de vapor en vivo
FIGURA 1
El segundo método conocido como “método directo”, es más sencillo desde el punto de
vista experimental. En este método se genera vapor de agua in situ calentando el
matraz que contiene el compuesto y agua. A medida que el vapor codestila con el
compuesto de interés, se le agrega agua en pequeñas cantidades desde el embudo de
separación. Este método es útil para mezclas de líquidos volátiles o pequeñas
cantidades de material, pero no se utiliza para separaciones de sustancias a partir de
materiales sólidos.
56
AGUA
AGUA
AGUA Y MEZCLA
POR DESTILAR
AGUA
Equipo de destilación por arrastre, método directo
FIGURA 2
El método de vapor en vivo tiene una gran aplicación para separar los aceites
esenciales de productos naturales. Las esencias y aromas que presentan las plantas se
deben a aceites esenciales, los cuales han sido apreciados desde la antigüedad. Entre
algunos aceites importantes, comercialmente, se incluyen los de almendra, anís,
canela, clavo, comino, eucalipto, ajo, jazmín, pimienta, rosa y madera de sándalo, entre
otros. Estos aceites son utilizados, comúnmente, por sus olores y sabores agradables,
en perfumes, inciensos, esencias, etc. Estos compuestos se encuentran principalmente
en los espacios intercelulares en tejidos vegetales; comúnmente se encuentran
almacenados en las semillas ó flores. Muchos aceites esenciales pueden ser aislados
por destilación por arrastre con vapor. Otros métodos para aislar este tipo de materiales
son por extracción ó ejerciendo presión. Los aceites esenciales pueden contener,
además de ésteres, los cuáles son responsables de olores y sabores característicos,
mezclas complejas de hidrocarburos, alcoholes y compuestos carbonílicos.
Una de las opciones para esta práctica es aislar el eugenol a partir de clavo, del cual es
el principal constituyente; este compuesto presenta el olor característico del clavo y
tiene un sabor pungente; se utiliza como un antiséptico bucal y analgésico.
57
En cuanto al método directo de destilación por arrastre con vapor éste se puede aplicar
en mezclas líquidas en donde uno de los componentes es relativamente volátil e
insoluble o al menos ligeramente soluble en agua. Esta situación se presenta con
frecuencia al terminar una reacción química donde al final se tienen mezclados
sustratos sin reaccionar, catalizadores, subproductos indeseables y el producto de
interés. Este último puede ser separado fácilmente de la mezcla de reacción por
destilación por arrastre, usando el método directo. Esto no se aplica cuando hay sólidos
en la mezcla de reacción.
III. EQUIPO
• Balanza granataria
• Plancha de calentamiento
IV. MATERIAL
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Matraz de 3 bocas de 250 mL
Embudo de separación de 125 mL
Adaptador (cabeza de destilación)
Unión Claisen (opcional)
Espátula
Termómetro
Condensador
Adaptador para termómetro
Vaso de precipitado 100 mL (2)
Vaso de precipitado de 250 mL
Soporte universal (2)
Tripié
Mechero
Tela de asbesto
Anillo para soporte
Pinzas para soporte (mínimo 3)
Mangueras (2)
Perlas de ebullición
V. REACTIVOS
•
•
•
•
•
Clavos de olor o anis estrella o canela, etc (5 g)
Agua desmineralizada
Diclorometano (35 mL)
Sulfato de sodio anhidro
Grasa de silicona o vaselina
58
PROCEDIMIENTO
VI. 1. MÉTODO DE VAPOR EN VIVO
1.
Ensamblar el equipo para destilación por arrastre con vapor (ver figura 1). Colocar
las pinzas de preferencia en todas las uniones (adaptador al matraz, condensador
al matraz, embudo al matraz). Lubricar las uniones esmeriladas con una pequeña
cantidad de grasa de silicona o vaselina.
2.
Pesar 5 g de clavos y agregarlos a un matraz de 3 bocas de 250 mL a través de
una de las bocas del matraz.
3.
Calentar a ebullición el agua contenida en el matraz generador de vapor, mediante
el mechero.
4.
Recolectar el destilado hasta obtener 100 mL, o bien hasta que no salga turbio
(tener cuidado que el contenido del matraz no se vomite hacia el condensador).
5.
Tomar nota (en el diario del laboratorio) de la temperatura de destilación y del olor
del destilado.
6.
Enfriar el destilado a temperatura ambiente.
7.
Transferir el destilado al embudo de separación de 125 mL y extraerlo 3 veces con
porciones de 10 mL de diclorometano (revisar práctica de extracción, asegurarse
de no tirar la fase orgánica).
8.
Transferir la fase orgánica a un vaso de precipitado de 100 mL. Secar con una
pequeña cantidad de sulfato de sodio anhidro.
9.
Decantar la solución (a un matraz de destilación de 100 mL previamente pesado)
para separar el agente de secado del solvente.
10. Destilar el diclorometano en un baño de vapor de agua o en una plancha de
calentamiento (de preferencia en la campana de extracción). (ver procedimiento
de destilación simple, práctica No. 5). El matraz de destilación debe de contener
un residuo incoloro ó ligeramente amarillento, el cual es “aceite de clavo”.
11. Pesar el matraz de destilación conteniendo el residuo y por diferencia calcular el
peso del aceite destilado. Determinar el porcentaje de contenido de aceite en el
clavo, anotar los datos en el diario del laboratorio.
VI. 2. MÉTODO DIRECTO
1.
2.
3.
Ensamblar el equipo para destilación por arrastre con vapor (método de vapor in
situ, ver figura 2). Colocar las pinzas de preferencia en todas las uniones
(adaptador al matraz, condensador al matraz, embudo al matraz). Lubricar las
uniones esmeriladas con una pequeña cantidad de grasa de silicona o vaselina.
Pesar 10 g de la muestra a destilar y agregarla junto con 100 mL de agua en un
matraz de 3 bocas de 250 mL a través de una de las bocas del matraz. (quitar el
embudo de separación).
Añadir 100 mL de agua al embudo de separación y colocarlo de nuevo a una de
las bocas del matraz de destilación.
59
4.
Calentar la suspensión a ebullición cuidadosamente, mediante el mechero (tener
cuidado que el contenido del matraz no ebulla hacia el condensador) hasta
obtener 100 mL de destilado, o bien hasta que éste no salga turbio.
5.
Mantener el nivel original del líquido en el matraz de destilación durante la
destilación, agregando agua del embudo de separación lentamente (lo necesario
para mantener el nivel original del líquido en el matraz de destilación.
6.
Tomar nota (en el diario del laboratorio) de la temperatura de destilación y del olor
del destilado.
7.
Enfriar el destilado a temperatura ambiente.
8.
Transferir el destilado al embudo de separación de 125 mL y extraerlo 3 veces con
porciones de 10 mL de un solvente adecuado (ver procedimiento de extracción
práctica No. 1, asegurarse de no tirar la fase orgánica).
9.
Transferir la fase orgánica a un vaso de precipitados de 100 mL. Secar con una
pequeña cantidad de sulfato de sodio anhidro.
10. Decantar la solución (a un vaso de precipitado de 100 mL previamente pesado)
para separar el agente de secado del solvente.
11. Destilar (ver práctica No. 5) el solvente en baño de agua en la campana de
extracción.
12. Pesar el matraz de destilación conteniendo el residuo y por diferencia calcular el
peso de la muestra y determinar el porcentaje de rendimiento, anotar los datos en
el diario del laboratorio.
60
VII. DIAGRAMA DE FLUJO
VII. 1. MÉTODO VAPOR EN VIVO
1
3
2
Ensamblar equipo de
destilación por arrastre
(ver figura No. 1).
Lubricar las uniones
Pesar 5 g de clavos de
olor y transferirlos a un
matraz 3 bocas de 250
mL
4
5
Enfriar el destilado a
temperatura ambiente
Tomar nota de la temperatura de destilación y
olor del destilado
6
7
5
Extraer 3 veces el destilado con porciones de
10 mL de solvente
7
12
4
Transferir fase orgánica
a un vaso de precipitado de 100 mL
7
Decantar el destilado a
un matraz de destilación
previamente pesado
10
8
10
11
Armar el equipo de
destilación para separar
el solvente
Recolectar el destilado
hasta obtener 100 mL
de
una
suspensión
turbia
9
8
Transferir el destilado al
embudo de separación
de 125 mL
3
2
1
6
Calentar a ebullición el
agua contenida en el
matraz generador de
vapor
Secar con sulfato de
sodio anhidro durante 3
minutos
9
8, 9
14
13
Pesar el matraz de
destilación conteniendo
el residuo
Calcular porcentaje de
contenido de aceite en
el clavo
11
Pasos correspondientes
al VI. 1. PROCEDIMIENTO
FIN
11
61
VII. 2. MÉTODO DIRECTO
1
3
2
Ensamblar equipo de
destilación por arrastre
(ver figura No. 2).
Lubricar las uniones
Agregar 10 g de la
muestra y 100 mL de
agua al matraz 250 mL
3 bocas
4
5
Agregar agua al matraz
para mantener el nivel
original del líquido
Calentar la suspensión
a ebullición cuidadosamente
5
7
Transferir el destilado al
embudo de separación
de 125 mL
8
8
14
Secar con sulfato de
sodio anhídro. Decantar
el
VIII.
destilado
BIBLIOGRAFÍA
7
10
Extraer 3 veces el destilado con porciones de
10 mL de solvente
9
13
Enfriar el destilado a
temperatura ambiente
4
11
Transferir fase orgánica
a un vaso de precipitado de 100 mL
3
9
Colectar 100 mL de
destilado, el cual será
una suspensión turbia
6
12
Colocar el embudo en
una de las bocas del
matraz de destilación
4
8
Tomar nota en el diario
de laboratorio de la temperatura de destilación
3
2
1
3.-6
Añadir 100 mL de agua
al embudo de separación
15
Efectuar una destilación
simple para separar el
solvente de extracción
9, 10
Pasos correspondientes
al VI. 2. PROCEDIMIENTO
Calcular porcentaje de
contenido de aceite en
el clavo
11
12
FIN
62
VIII. BIBLIOGRAFÍA
1. Pavia, Donald L., Lampman, Gary M., Kriz Jr., George S.; Introduction to Organic
Laboratory Techniques, a Contemporary Approach, tercera edición, Ed.
Saunders College Publishing, 1988.
2. Hart, H. y Schuetz, R. D.; Organic Chemistry, A Short Course, quinta edición,
Houghton Mifflin Company, 1978.
3. Popp, F. D. y Schultz, H. P.; Organic Chemical Preparations, W. B. Saunders
Company, 1964.
63
CUESTIONARIO
1.- Describa cuál es el aspecto que presentan los diferentes
extractos obtenidos.
2.- ¿Qué características de una sustancia la hacen susceptible
de ser aislada por el método de destilación por arrastre con
vapor?
3.- Propiedades y características de los aceites esenciales aislados en esta
práctica.
4.- Describir la Ley de las presiones parciales de Dalton
64
PRÁCTICA No. 5
ANÁLISIS ELEMENTAL CUALITATIVO
I. OBJETIVO
Determinar en una muestra orgánica la presencia de los elementos: azufre, nitrógeno,
cloro, bromo y yodo.
II. FUNDAMENTO
Establecer la presencia de azufre, nitrógeno y los halógenos (F, Cl, Br y I) en un
compuesto orgánico (o mezcla) proporciona al químico una gran ayuda en la
investigación de la identidad de una sustancia comercial o completamente nueva.
Si el químico detecta estos elementos, en la muestra, puede tener una idea del grupo
funcional que posee el compuesto y por lo tanto de la familia a la que pertenece.
La muestra se funde con sodio metálico para transformarla en iones los cuales se
detectan mediante pruebas específicas.
Compuesto orgánico
con
C, H, N, S y/o X
Na
flama
NaCN, Na2S, NaX, NaOH
PRECAUCIONES
El éxito del análisis dependerá, en gran parte, de tomar en cuenta las siguientes
precauciones:
•
Algunas clases de compuestos orgánicos, tales como, los nitroalcanos, azidas
orgánicas, diazoésteres, sales de diazonio y algunos polihaluros alifáticos
(cloroformo, tetracloruro de carbono), reaccionan explosivamente con el sodio
caliente, siempre deberán usarse lentes de seguridad cuando se realicen estas
descomposiciones.
•
Si al agregar la muestra al sodio fundido se escucha un estallido o se produce una
explosión (generalmente muy pequeña), se debe interrumpir la manipulación y se
reducirán 0.5 g la muestra con zinc, para esto, la muestra se calienta suavemente a
ebullición con 5 mL de ácido acético glacial y 0.5 g de zinc en polvo. Después que
65
se ha disuelto la mayor parte del zinc, la mezcla se evapora a sequedad y se funde
el residuo, por el procedimiento indicado previamente.
•
El calentamiento con el sodio debe ser al rojo vivo, para asegurar que toda la
muestra haya fundido, si queda muestra sin fundir puede dar lugar a reacciones de
interferencia al hacer las pruebas. Es esencial usar un exceso de sodio ya que si
están presentes azufre y nitrógeno se puede producir tiocianato de sodio (NaCNS),
que dará coloración roja con el fierro (III), pero no el azul de Prusia, dado que no
habrá iones cianuro libres. Con el exceso de sodio el tiocianato formado se
descompone para dar iones cianuro y sulfuro.
NaSCN + 2 Nao
NaCN
+ Na2S
•
Evitar que quede muestra sin fundir en el tubo, ya que, en la solución final puede
causar interferencia.
•
La solución que se obtenga, al seguir el procedimiento, debe ser incolora, para que
no interfiera con el color que se debe observar en cada prueba, no se recomienda el
uso de carbón activado pues adsorbería gran cantidad de los iones que se han
obtenido.
•
Seguir al pie de la letra los procedimientos, sobre todo en el caso de ajustes de
pH, cantidad y concentración de reactivos, esto ahorra tiempo, dinero y esfuerzo.
•
Cuando el compuesto es de alto peso molecular, por ejemplo, la difenilamina (169
g/mol), la proporción del nitrógeno es de un 8 % lo cual hace que se produzcan muy
pocos iones cianuro (la cantidad de muestra que se funde es de 3-5 mg). Se puede
solucionar este problema efectuando 3 fusiones, juntando las soluciones y
concentrando. Cuando no se tiene idea del tipo de muestra, pero se supone, por
otras evidencias, que puede estar el nitrógeno presente, y no da positiva la prueba,
se deben considerar dos hipótesis: primera, que puede estar mal hecha la fusión y
segunda que la muestra es de alto peso molecular.
•
Cuando se encuentra presente el azufre se debe ajustar la cantidad de reactivo de
fierro (II) para la determinación de nitrógeno. Dado que el sulfuro ferroso es poco
soluble, para asegurar que existen suficientes iones fierro (II), tanto para los iones
cianuro como para el sulfuro, la cantidad de sulfato ferroso debe incrementarse en
un 50 %. Cuando se añade el ácido sulfúrico para disolver los óxidos de fierro, debe
haber un residuo de sulfuro ferroso en el fondo del tubo. Este residuo no interfiere
con la prueba para nitrógeno.
•
Destruir el sodio en exceso con etanol. Durante esta reacción se produce hidrógeno
gas, que se puede inflamar en la boca del tubo, se debe apagar este pequeño
incendio cubriendo la boca del tubo con una tela de asbesto o un vidrio de reloj. La
ecuación de la correspondiente reacción es:
66
CH3 CH2 O- Na+ + 1/2 H2 ↑ (gas)
CH3CH2OH + Nao
Reacciones de identificación
♦ Determinación de azufre:
Na2S
+
Pb(OAc)2
PbS
+
2NaOAc
negro
♦ Determinación de nitrógeno
6 NaCN
+
FeSO4
Na4 [Fe(CN)6]
Na4 [Fe(CN)6] + 2 Fe2 (SO4)3
+
Na2SO4
Fe4 [Fe(CN)6]3 +
Na2 SO4
Azul de Prusia
♦ Determinación de halógenos en general
NaX
+
AgNO3
AgX ↓
+
NaNO3
♦ Reacción del ion yoduro con nitrito de sodio
2NaI + 2NaNO2 + 4CH3 COOH
CHCl3
I2
+ 2NO + 4CH3COONa + 2H2O
violeta
♦ Reacción del ion bromuro con agua de cloro
2Br
-
+
Cl2
CHCl3
Br2
+
-
2Cl
rojo
♦ Reacción del ion cloruro con nitrato de plata
NaCl
+
AgNO3
AgCl ↓ +
NaNO3
blanco
67
III. EQUIPO
•
Balanza analítica
IV. MATERIAL
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Tubos de ensayo, de vidrio tipo Pyrex, 13 x 100
Vaso de precipitado de 100 o 250 mL
Tripié
Tela de asbesto
Mechero
Cerillos
Manguera
Pinza para tubo
Espátula
Embudo de filtración rápida, tallo corto
Gotero
Papel filtro
Papel aluminio
Papel Hydrión (pH 1-14)
Papel tornasol
V. REACTIVOS
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Sodio metálico
Etanol
Acido acético glacial
Acetato de plomo 1 %
Sulfato ferroso amónico (cristales)
Fluoruro de potasio al 30 %
Ácido sulfúrico al 30 %
Ácido sulfúrico al 10 %
Ácido sulfúrico concentrado
Ácido nítrico 10 %
Nitrato de plata 2 %
Cloroformo
Nitrito de sodio 20 %
Agua de cloro o una solución de hipoclorito de sodio estabilizado, como el chlorox.
Persulfato de potasio, sólido
68
VI. PROCEDIMIENTO
VI. 1. Fusión con sodio
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
Lavar y secar perfectamente un tubo de ensayo.
Cortar un trozo de sodio de aproximadamente 4 mm3 y colocarlo en el tubo.
Precaución: El sodio es tóxico, no debe tomarse con las manos, desprende
hidrógeno en contacto con el agua, o cualquier sustancia que tenga hidrógenos
acídicos.
Pesar de 5-10 mg de muestra sólida o, si es líquida, utilizar 1 gota de muestra.
Colocar el sólido en la espátula o el líquido en un gotero.
Calentar el sodio en el tubo de ensayo hasta que se forme una esfera. plateada,
retirar del mechero y añadir la muestra, observar la reacción.
Seguir calentando, hasta el rojo vivo, por 7 minutos.
Dejar enfriar y añadir 1 mL de etanol para eliminar el sodio en exceso.
Después de que desaparezca el burbujeo, evaporar el etanol a sequedad.
Introducir el tubo caliente en un vaso que contenga 15 mL de agua
desmineralizada.
Filtrar la solución, el tubo se rompe en contacto con el agua y los fragmentos de
vidrio y otras partículas sólidas se eliminan de esa manera. Si la solución es
transparente continuar en el paso 10, si no, continuar en el paso 2.
VI. 2. Determinación de azufre
10. Acidular, con ácido acético, 2 mL de la solución obtenida en la fusión.
11. Añadir unas gotas de la solución de acetato de plomo.
12. Observar, si se forma un precipitado negro, reportar azufre positivo.
VI. 3. Determinación de nitrógeno
13. Ajustar el pH de 1 mL de la solución de la fusión, a 13, utilizar papel pH 1-14. Si el
pH es 14, acidificar con ácido acético glacial.
14. Agregar 2 gotas de una solución saturada de sulfato ferroso amónico
(recientemente preparada, colocando unos cristales de la sal en un tubo y
añadiendo 1 mL de agua).
15. Agregar 2 gotas de una solución de fluoruro de potasio al 30 %.
16. Hervir la solución, cuidadosamente, por 30 segundos.
17. Acidular la solución caliente con ácido sulfúrico al 10 % (precaución), gota a gota,
agitando después de cada adición, hasta que se disuelva el hidróxido de fierro
formado (una gota puede ser suficiente).
18. Reporte nitrógeno positivo si aparece una coloración y/o precipitado azul de
Prusia.
69
19. Realizar de nuevo la prueba si no se observa la coloración azul, si la muestra
contiene nitrógeno y no aparece el color azul, consultar al maestro.
VI. 4. Determinación de halógenos en general
20. Acidular 2 mL de la solución de la fusión, con ácido nítrico 10 %.
21. Hervir suavemente durante 3 minutos para eliminar, si los hay, el ácido sulfhídrico
y el cianhídrico.
22. Añadir unas gotas de nitrato de plata al 2 %.
23. Observar, si aparece un precipitado denso, color blanco o crema, reportar prueba
de halógenos positiva y continuar en el paso 24, si no aparece precipitado dar por
terminado el procedimiento.
VI. 5. Determinación de cloro, bromo y yodo
24. Acidular 10 mL de la solución de la fusión, con ácido sulfúrico al 30 %.
25. Hervir 3 minutos y enfriar.
26. Investigar si hay yodo, añadiendo 0.5 mL de cloroformo a 1 mL de la solución y
unas gotas de la solución de nitrito de sodio.
27. Reportar yodo positivo si aparece un color púrpura.
28. Si hay yodo presente, tratar el resto de la solución con nitrito de sodio y extraer
con cloroformo hasta que desaparezca la coloración.
29. Hervir la solución durante un minuto y enfriar.
30. Añadir 0.5 mL de cloroformo a 1 mL de la solución anterior y dos gotas de agua
de cloro, asegurarse que la solución esté ácida antes de añadir el agua de cloro.
31. Reportar bromo positivo si aparece una coloración café.
32. Diluir el resto de la solución hasta 60 mL.
33. Añadir 2 mL de ácido sulfúrico concentrado y 0.5 g de persulfato de potasio.
34. Hervir la solución 5 minutos.
35. Enfriar y añadir 3 gotas de nitrato de plata.
36. Reportar cloro positivo si aparece un precipitado blanco.
70
VII. DIAGRAMA DE FLUJO
VII. 1. Fusión con sodio
3
2
1
Lavar y secar perfectamente un tubo
de ensayo
Usar
lentes
de
seguridad en todo
momento
Cortar un trozo de
sodio de 4 mm3 y
colocarlo en el tubo
2
1
6
4
5
Calentar el sodio en
el tubo de ensayo
hasta que se forme
una esfera plateada
Colocar el sólido en
la espátula o el
líquido en un gotero
o pipeta
4
5
7
Retirar del mechero
y añadir la muestra,
observar la reacción
Seguir calentando,
hasta el rojo vivo,
por 7 minutos
5
6
11
12
8
9
NO
7
Permitir
que
desaparezca el burbujeo de la reacción
del sodio y luego
evaporar el etanol a
sequedad
8
SI
2
Dejar enfriar y añadir
1 mL de etanol para
eliminar el sodio en
exceso
10
Introducir el tubo
caliente en un vaso
que contenga 15 mL
de agua desmineralizada
Filtrar la solución
para separar los
fragmentos de vidrio
y otras partículas
sólidas
3
9
8
Solución
incolora
Pesar de 5-10 mg
de muestra sólida, si
es líquida, utilice 1
gota de muestra
1
Procedimiento VII. 2.
Procedimiento VII. 1.
71
VII. 2. Determinación de azufre
2
1
Añadir unas gotas de
la solución de acetato
de plomo
Acidular, con ácido
acético, 2 mL de la
solución obtenida en
la fusión
precipitado
negro
N
O4
11
10
3
4
SI
Reportar prueba de
azufre positiva
Reportar prueba de
azufre negativa
12
1
Procedimiento VII. 3.
VII. 3. Determinación de nitrógeno
3
2
1
Agregar 2 gotas de
una solución saturada
de sulfato ferroso
amónico
Ajustar el pH de 1 mL
de la solución de la
fusión, a 13. Si tiene
pH 14, acidificar con
ácido acético glacial.
Agregar 2 gotas de
fluoruro de potasio al
30 %. Hervir la
solución por 30 s
15,16
14
13
Reportar prueba de
nitrógeno positiva
4
Acidular la solución
caliente con ácido
sulfúrico al 10 % gota
a gota, hasta que se
disuelva el hidróxido
de fierro formado
Precipitado o
coloración azul
de Prusia
SI
18
Consultar al maestro
1
19
Procedimiento VII. 4.
NO
1
17
Procedimiento VII. 4.
72
VII. 4. Determinación de halógenos en general
2
1
Acidular 2 mL de la
solución de la fusión,
con ácido nítrico 10 %
3
Hervir suavemente durante 3 minutos para
eliminar, si los hay, el
ácido sulfhídrico y el
cianhídrico
20
Añadir unas gotas de
nitrato de plata al 2 %
22
21
5
4
Reportar prueba
halógenos positiva
de
precipitado
denso, color blanco
o crema,
SI
Observar, si aparece
un precipitado
23
23
NO
1
FIN
Procedimiento VII. 5.
VII. 5. Determinación de cloro, bromo y yodo
1
NO
2
Acidular 10 mL de la
solución de la fusión,
con ácido sulfúrico al
30%. Hervir 3 minutos
y enfriar
Investigar si hay yodo,
añadiendo 0.5 mL de
cloroformo a 1 mL de la
solución y unas gotas
de la solución de nitrito
de sodio
24,25
26
4
Reportar prueba
yodo negativa
5
de
4
Color púrpura
3
SI
Reportar
yodo
positivo.
Tratar el resto de la solución
con nitrito de sodio. Extraer
con cloroformo hasta que
desaparezca la coloración
28
73
6
5
Hervir la solución
durante un minuto y
enfriar
29
8
NO
A Añadir 1 mL de la solución
anterior a 0.5 mL de
cloroformo y dos gotas de
agua de cloro, asegurarse
que la solución esté ácida
antes de añadir el agua de
cloro
Coloración
café
SI
30
7
8
9
Diluir Diluir el resto de la
solución proveniente
del paso 5 de este
diagrama hasta 60 mL
Reportar prueba de
bromo positiva
Reportar prueba de bromo
negativa
31
32
10
11
Añadir 2 mL de ácido
sulfúrico concentrado
y 0.5 g de persulfato
de potasio
12
Hervir
la
minutos
solución
Enfriar y añadir 3
gotas de nitrato de
plata
5
34
35
33
13
Reportar cloro positivo
Precipitado
blanco
SI
36
14
FIN
NO
Reportar
negativo
cloro
74
VIII. BIBLIOGRAFÍA
1.
Shriner, R. L., Fuson R. C. y Curtin D. Y.; Identificación Sistemática de
Compuestos Orgánicos. Ed. Limusa, Capítulo 5, p. 75. 1979.
2.
Pavia, Donald L., Lampman, Gary M., Kriz Jr., George S.; Introduction to
Organic Laboratory Techniques, a Contemporary Approach, tercera edición,
Ed. Saunders College Publishing, 1988.
3.
Vogel. A.I.; Practical Organic Chemistry, tercera edición, Ed. Longman. 1977.
75
CUESTIONARIO
1.- En la manipulación del sodio metálico , por qué debe evitarse la presencia de agua?
2.- Cuando se ha encontrado azufre en la disolución alcalina, éste debe eliminarse
antes de ensayar la presencia de halógenos porque ……
3.- Mencione 5 propiedades y/o características de las sustancias, que contribuyan a su
identificación cualitativa elemental.
4.- ¿Cuál es el principio en el que se basa el análisis cualitativo elemental orgánico por
el método de fusión alcalina?.
76
PRÁCTICA No. 6
ANÁLISIS FUNCIONAL ORGÁNICO
I. OBJETIVO
Conocer la importancia que tiene el análisis funcional orgánico en la investigación de la
fórmula estructural de los compuestos orgánicos, así como realizar en el laboratorio las
pruebas de clasificación más comunes en los compuestos orgánicos e Identificar los
grupos funcionales presentes en una muestra problema.
II. FUNDAMENTO
La reactividad de los compuestos orgánicos depende de los grupos funcionales
presentes en las moléculas, en la presente práctica se estudiarán el comportamiento de
algunas familias de compuestos orgánicos, como: hidrocarburos (alcanos, alquenos,
alquinos, aromáticos), alcoholes, aldehídos y cetonas, frente a algunos reactivos
específicos.
II. 1. Pruebas de Clasificación para Hidrocarburos
II. 1.1. Reacción con ácido sulfúrico concentrado
a) Los alcanos son inertes ante esta prueba, y lo que se observa es la no miscibilidad
del alcano y el ácido sulfúrico concentrado.
b) Los alquenos y alquinos forman sulfatos y bisulfatos, observándose la disolución del
ácido sulfúrico o bien la formación de una emulsión.
AE
R - CH = CH2 + H2SO4
R - CH - CH3
OSO3H
Donde: AE - Reacción de adición electrófila
c) Algunos alquenos y alquinos se polimerizan cuando son tratados con ácido
sulfúrico, en este caso se observa la formación de una fase sólida.
R2C = CHR
+
H
+
H2SO4
R2C - CHR – CR2 - CH2R
A
+
R2C - CH2R
+ n (R2C = CHR)
R2C = CHR
A
H2SO4
B
R2 C - CH - (CR2 - CHR) n - CR2 - CH2R + H
O
R
SO3H
+
B
77
d) Los compuestos aromáticos con grupos donadores de electrones o grupos con
heteroaátomos (O, N, S) forman ácidos sulfónicos y se observa la disolución del ácido
sulfúrico.
CH3
CH3
SO3H
+ 2 H2SO4
SEAr
CH3
CH3
Donde: SEAr - Reacción de sustitución electrófila aromática
II. 1. 2. Reacción con ácido sulfúrico fumante
Los hidrocarburos aromáticos insolubles en ácido sulfúrico concentrado reaccionan, con
el ácido sulfúrico fumante, formando ácidos sulfónicos.
SO3H
+ SO3
Benceno
H2SO4
SSE Ar
EAr
Ácido
bencensulfónico
II. 1. 3. Reacción con cloroformo / tricloruro de aluminio
Los compuestos aromáticos que no tengan grupos funcionales fuertemente
electronegativos como, nitros, carboxilos, cianos, etc. reaccionan con tricloruro de
aluminio y cloroformo dando una variedad de colores. Los compuestos alifáticos
insolubles en ácido sulfúrico no dan color o solo un amarillo muy pálido. Los colores
típicos producidos son los que se presentan en la tabla No. 1.
78
Tabla No. 1
Colores de algunos compuestos ante la prueba con
cloroformo / tricloruro de aluminio
COMPUESTO
COLOR
Benceno
Anaranjado a Rojo
Haluros de Acido
Anaranjado a Rojo
Naftaleno
Azul
Bifenilo
Púrpura
Fenantreno
Púrpura
Antraceno
Verde
Colores parecidos se obtienen cuando se sustituye el cloroformo por tetracloruro de
carbono. Con el tiempo los colores cambian a varios tonos de café.
La reacción origina especies como el ion trifenilmetilcarbonio, los cuales quedan en
solución como sales de tetracloroaluminato (AlCl4 ); son estos iones trifenilmetilcarbonio
los responsables de los colores observados.
C
AlCl4
Ion trifenilmetilcarbonio
Estos iones se forman por tres reacciones sucesivas de alquilación de Friedel – Crafts
junto con una reacción de desproporcionación.
79
La prueba se debe efectuar con cuidado pues el tricloruro de aluminio es un ácido muy
corrosivo, venenoso y que reacciona violentamente con el agua. Por lo que es muy
importante que tanto el material a usar como los reactivos estén exentos de humedad
ya que ésta inhibe la reacción.
II. 1. 4. Reacción con bromo en cloroformo
Este reactivo se usa extensamente para averiguar la presencia de un enlace olefínico o
acetilénico. El resultado de esta prueba debe relacionarse con el resultado de la prueba
con permanganato de potasio para obtener una interpretación correcta.
El cloroformo es un buen disolvente para el bromo y para muchos compuestos
orgánicos, pero no disuelve el bromuro de hidrógeno. Por lo tanto el desprendimiento
de bromuro de hidrógeno se acepta como evidencia de que la reacción es de
sustitución en lugar de adición. Cuando se emplea para revelar la presencia de
insaturaciones, este reactivo puede conducir a conclusiones erróneas por dos razones:
La primera es que no todos los compuestos olefínicos absorben bromo, la presencia de
grupos electronegativos o muy voluminosos sobre los átomos de carbono de un enlace
etilénico hace que la adición sea lenta y en casos extremos inhibe la reacción, las
siguientes reacciones mostrarán este caso.
Br
CH = CH2 + Br2
Rápida
CH - CH2
Br
Br2/CHCl3
NO HAY REACCIÓN
HOOC
COOH
CH = CH - CO2H + Br 2
Br
Lenta
CH - CH - CO2H
Br
Φ
Φ
Br2/CHCl3
NO HAY REACCIÓN
ΦΦ =
Φ
Fenil
Una prueba positivao para insaturación es aquella en la cual el color del bromo
desaparece sin que se desprenda bromuro de hidrógeno.
80
La desaparición del color del bromo, acompañada del desprendimiento de bromuro de
hidrógeno, indica que ha ocurrido sustitución (por radicales libres o electrófila) y es
característico de muchos compuestos. A ésta categoría pertenecen los alcanos,
hidrocarburos aromáticos y algunos otros compuestos como los que se pueden
enolizar.
CH3 - CH2 - CH2 - CH2 - CH3 + Br2
Luz u.v.
CH3 - CH2 - CH2 - CH – CH3 + HBr
SRL
Br
Donde SRL – Reacción por radicales libres
OH
OH
OH
Br
2
+ 2Br2
AlCl3
+ 2 HBr
+
SEAr
Br
II. 1. 5. Reacción con permanganato de potasio
Una solución de permanganato de potasio se decolora con compuestos que tienen
enlaces etilénicos y acetilénicos, este ensayo se conoce como la prueba de Baeyer
para insaturaciones.
En solución acuosa diluida y fría, el producto principal de la reacción del permanganato
de potasio sobre una olefina es el glicol. Si se calienta la mezcla de reacción se efectúa
una oxidación adicional que conduce finalmente a la ruptura de la cadena de carbón.
Los enlaces acetilénicos usualmente se rompen por oxidación y producen ácidos.
Esta prueba es general, en particular es útil con compuestos tales como el difeniletileno,
tetrafeniletileno y dibromuro de difeniletileno, que no decoloran la solución de bromo en
cloroformo
CH = CH
+ 4 H 2O + 2 KMnO4
3
CH - CH
OH
OH
+
2 KOH + 2 MnO2 (Sólido café)
81
Br
Br
Br
C = C
3
+ 4 H2O + 2 KMnO4
Br
C - C
OH
OH
+
+ 2 KOH + 2MnO2 (sólido café)
R–C
C – R´ + 2 KMnO4
R – COO
-
+ R´ - COO
-
+ 2 MnO2
Café
La prueba de Baeyer, aunque tiene mayor aplicación que la prueba de bromo para
compuestos insaturados, a su vez presenta interferencias. Todas las sustancias
fácilmente oxidables dan positiva esta prueba. Los compuestos carbonílicos que
decoloran las soluciones de bromo, generalmente dan negativa la prueba de Baeyer. La
acetona es un buen ejemplo, aunque decolora rápidamente las soluciones de bromo, se
puede usar como disolvente en la prueba de Baeyer, los aldehidos dan pruebas de
Baeyer positiva, sin embargo, muchos de ellos tales como el benzaldehido y el
formaldehido, no decoloran la solución de bromo. Otros tipos de compuestos pueden
contener cantidades pequeñas de impurezas que pueden decolorar las soluciones de
permanganato. Por esta razón, la decoloración de una o dos gotas de la solución de
permanganato no siempre puede aceptarse como prueba positiva. Los compuestos
carbonílicos que decoloran la solución de bromo, generalmente dan negativa la prueba
de Baeyer.
II. 1. 6. Prueba con sodio metálico
Los compuestos con triple enlace terminal pueden ser distinguidos de alquenos y otros
alquinos basándose en la acidez del hidrógeno terminal. Una de las pruebas usadas es
la reacción con sodio. Hay 2 tipos generales de compuestos orgánicos que reaccionan
con sodio desprendiendo hidrógeno. Compuestos neutros que contengan átomos de
hidrógeno que se puedan sustituir con facilidad, los grupos funcionales que contengan
una átomo de hidrógeno unido a oxígeno, nitrógeno o azufre, pueden reaccionar con
sodio desprendiendo hidrógeno:
2 R-OH + 2 Na
2 R-O- Na+ + H2
Los alquinos terminales también dan positiva la reacción con sodio.
CH
2 RC
CH + 2 Na
CH + 2 Na
-
-
Na+ C C Na+ + H2
2R - C
-
C Na + + H2
82
Se debe estar seguro que la muestra no contenga agua pues aún la presencia de
trazas de humedad produce la reacción con el sodio.
H2O + Na
NaOH + ½ H2
Esta prueba es de utilidad en alcoholes de peso molecular intermedio, es decir, aquellos
que contienen de 3 a 8 átomos de carbono. Los alcoholes sencillos solo con dificultad
pueden obtenerse en condiciones anhidras. Los alcoholes de peso molecular elevado
reaccionan lentamente con sodio, y a menudo el desprendimiento de gas es tan lento
que hace que la prueba sea de poco valor.
Para evitar la interferencia de humedad en el ensayo, si la muestra es sólida, se debe
secar por 30 minutos a 120 °C y sí es líquida el secado será con sulfato de sodio
anhidro. Generalmente la prueba se lleva a cabo añadiendo una pequeña cantidad de
sodio a la muestra problema “TOMAR PRECAUCIONES”. El sodio es muy tóxico y
debe manejarse con cuidado. Se deben utilizar siempre pinzas y nunca se debe
tomar directamente con los dedos. Se seca con papel filtro y se corta con una navaja
o cuchillo afilado. Las cortezas y los residuos de sodio se deben destruir, tratándolos
con un exceso de etanol. EVITAR CONTACTO CON AGUA. Siempre que se trabaje
con sodio SE DEBEN UTILIZAR LENTES DE SEGURIDAD.
II. 1. 7. Uso de otros iones metálicos
Otra prueba para alquinos terminales con producción de acetiluros insolubles es
usando iones metálicos:
R
CH
+
+ Cu(NH3)2
R
+
Cu
+ NH4 + NH
3
Ag
+ NH4 + NH3
Rojo
R
CH
+
+ Ag(NH3)2
R
+
blanco
II. 2. Alcoholes
II. 2. 1. Prueba de Lucas
Los alcoholes secundarios y terciarios reaccionan con ácido clorhídrico en presencia de
cloruro de zinc produciendo cloruros de alquilo insolubles en el medio, evidentemente
sólo se aplica a los alcoholes que son solubles en el reactivo, esto limita la prueba, en
general, a los alcoholes monofuncionales de menos de 6 átomos de carbono y algunos
compuestos polifuncionales que contengan el grupo hidroxilo.
83
ZnCl2
R2CHOH + HCl
R2CHCl + H2O
Líquido
Insoluble
R3COH + HCl
ZnCl2
R3CCl + H2O
Líquido
Insoluble
Como es de esperarse en estas reacciones, los efectos de la estructura sobre la
reactividad están íntimamente relacionados. Así los alcoholes primarios no reaccionan
apreciablemente a temperaturas ordinarias con el ácido clorhídrico-cloruro de cinc; por
una parte el ion cloruro es un agente nucleófilo demasiado débil para efectuar una
reacción de desplazamiento concertado y por otra parte, el ion carbonio primario es
demasiado inestable para servir como intermediario en el mecanismo.
Los alcoholes terciarios reaccionan tan rápidamente con el ácido clorhídrico
concentrado, que el halogenuro de alquilo se puede observar, después de unos cuantos
segundos a temperatura ambiente, como turbidez o segunda fase. La acidez del medio
se aumenta por la adición del cloruro de zinc anhidro (un fuerte ácido de Lewis) y la
velocidad de la reacción aumenta aún más.
Los alcoholes secundarios tienen una reactividad intermedia entre los alcoholes
primarios y terciarios, aunque no se ven afectados apreciablemente por el ácido
clorhídrico solo, reaccionan bastante rápido en presencia de cloruro de zinc; la
apariencia turbia de la mezcla se observa en 5 minutos y en 10 minutos se puede ver
una capa bien definida.
II. 2. 2. Reacción con nitrato cérico.
La prueba del nitrato cérico se realiza en alcoholes y fenoles con menos de diez
átomos de carbono. Una prueba positiva para alcoholes queda indicada por un cambio
en el color del reactivo que pasa de amarillo a rojo.
R - CH2OH + [(NH4)2Ce4+ (NO3)6]
HNO3
R - CH = O + Ce3+
Rojo
R - CH2OH
2 Ce4+ + e
R - CH = O + 2 H + + 2 e
2 Ce 3+
84
R - CH2OH + 2 Ce 4+
R - CH = O + 2H+ + 2 Ce3+
Rojo
Amarillo
Cuando las moléculas son más grandes, el color que se produce es insuficiente para
hacer útil la prueba. Los aldehidos, cetonas, ácidos, halogenuros de alquilo, ésteres y
otros compuestos comunes que sólo contienen carbono, hidrógeno, oxígeno y
halógenos, no interfieren.
II. 3. Derivados Carbonílicos
II. 3. 1. Prueba con 2,4-dinitrofenilhidracina
La reacción entre los derivados carbonílicos y la 2,4-dinitrofenilhidracina producen 2,4dinitrofenilhidrazonas que son sólidos insolubles.
NO2
C + O2N
O
NH - NH2
+
H
NO2
C = N - NH
+ H2O
NH2
NO2
2,4-dinitrofenilhidrazona
En ocasiones el producto inicial es aceitoso y, al reposar, se vuelve cristalino. Sin
embargo, algunas cetonas dan dinitrofenilhidrazonas que son aceites. Por ejemplo, la
metil-n-octilcetona, la di-n-amilcetona y sustancias similares, no forman
dinitrofenilhidrazonas sólidas.
El color de una 2,4-dinitrofenilhidrazona puede dar indicación acerca de la estructura de
los aldehídos o cetonas de los que deriva. Las dinitrofenilhidrazonas de aldehidos o
cetonas en las que el grupo carbonilo no está conjugado con otro grupo funcional, son
amarillas. La conjugación con un doble enlace carbono-carbono o con un anillo
fácilmente se puede determinar por un examen del espectro ultravioleta. Este
desplazamiento también es responsable de un cambio de color del amarillo al rojo
anaranjado. Entonces, en general puede suponerse que una dinitrofenilhidrazona
amarilla no está conjugada. Sin embargo, un color anaranjado o rojo debe interpretarse
con precaución, ya que puede deberse a la contaminación con una impureza (por
ejemplo, la misma 2,4-dinitrofenilhidrazina es roja-anaranjada).
III. EQUIPO
No se requiere
85
IV. MATERIAL
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Gradilla
Tubos de ensayo 13 x 100 (10) y 18 x 150 (2)
Espátula
Gotero
Pipetas de 1 y 5 mL
Pizeta
Mechero
Termómetro
Pinzas para tubo de ensayo
V. REACTIVOS
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Permanganato de potasio (1 %)
Bromo en cloroformo (2 %)
Tricloruro de aluminio anhidro (o sublimado)
Reactivo de ácido clorhídrico-cloruro de cinc
Carburo de calcio
Cloruro de cobre (I) amoniacal
Nitrato de plata amoniacal
Nitrato cérico amonico
Cloroformo
Dioxano
Tolueno
Naftaleno
Antraceno
Fenantreno
Acetona
Benzaldehido
Hexano u otro alcano disponible
Ciclohexeno u otro alqueno disponible
Anhidrido crómico
Ácido sulfúrico
Ácido sulfúrico fumante, opcional
86
VI.
PROCEDIMIENTO
Al efectuar las siguientes pruebas y concluir con seguridad el tipo de grupo
funcional presente (o ausente) en la muestra, no continuar realizando el resto de
las pruebas.
Al finalizar cada una de las pruebas siguientes, realizar el mismo ensayo pero en
lugar de muestra desconocida use una muestra testigo (compuesto que contenga
el mismo grupo funcional por identificar). Aunque ya se haya identificado el grupo
funcional de la muestra desconocida, realizar todos los ensayos usando muestras
testigo.
VI. 1. Reacción con ácido sulfúrico concentrado
1.
2.
3.
4.
Colocar aproximadamente 2 mL de ácido sulfúrico concentrado en un tubo de
ensayo de 13 x 100 seco.
Agregar 0.5 mL de la muestra y agitar vigorosamente con precaución.
Observar si hay disolución, separación de fases, cambio de color,
desprendimiento de humos, desprendimiento de calor, etc.
Anotar observaciones en el diario del laboratorio.
VI. 2. Reacción con ácido sulfúrico fumante
5.
6.
7.
Colocar 2 mL de ácido sulfúrico fumante en un tubo de ensayo seco.
Agregar 0.5 mL de la muestra, tapar y agitar vigorosamente (precaución).
Observar y anotar en el diario.
Nota: Únicamente los hidrocarburos aromáticos se disuelven
desprendiendo calor, pero sin que se carbonice la muestra.
completamente
VI. 3. Prueba con cloroformo y tricloruro de aluminio
8.
Colocar 2 mL de cloroformo seco (secado con sulfato de sodio anhidro) en un
tubo de ensayo.
9.
Añadir 0.1 mL (o 30 mg) de la(s) muestra(s) problema(s) al tubo de ensayo
conteniendo el cloroformo.
10.
Mezclar perfectamente e inclinar el tubo de ensayo hasta humedecer la pared.
11.
Añadir 0.5 a 1.0 g de tricloruro de aluminio anhidro puro, procurar que algo de
polvo se pegue en la pared lateral del tubo de ensayo.
12.
Observar el color del polvo que está sobre la pared lo mismo que el color de la
solución.
13.
Anotar observaciones en el diario.
Nota: Si el tricloruro de aluminio está hidratado o presenta una coloración amarilla
deberá sublimarse antes de agregar la solución problema. Si este es el caso
seguir el procedimiento VI. 3. 1.
87
VI. 3. 1. Purificación del tricloruro de aluminio
1.
2.
3.
Colocar 1 g de tricloruro de aluminio en un tubo de ensayo de 18 x 150.
Inclinar el tubo de ensayo y calentar. El tricloruro de aluminio sublimará y se
depositará en las paredes del tubo.
Retirar el fuego y antes de enfriar dejar caer sobre el sublimado unas gotas de la
solución de cloroformo con la muestra.
VI. 4. Prueba con bromo en cloroformo
14.
15.
16.
17.
18.
Colocar 30 a 50 mg (o 0.2 mL) del compuesto problema en un tubo de ensayo.
Añadir 2 mL de cloroformo al tubo de ensayo anterior
Adicionar una solución de bromo al 2 % en cloroformo gota a gota (agitando)
hasta que persista el color del bromo por un minuto.
Colocar en la boca del tubo de ensayo una tira de papel tornasol azul
previamente humedecido.
Observar sí se presenta un cambio de color o sí se desprenden humos blancos.
Nota: Si se requieren más de 2 gotas de la solución de bromo para hacer que la
coloración permanezca al menos 1 minuto la prueba es positiva
VI. 5. Prueba con permanganato de potasio
19.
20.
21.
22.
Disolver 30 a 50 mg (o 0.2 mL) de la muestra en 2 mL de agua o etanol en un
tubo de ensayo.
Añadir una solución de permanganato de potasio al 1 %, gota a gota con
agitación.
Observar la decoloración del permanganato de potasio y la aparición del
precipitado café de dióxido de manganeso.
Anotar observaciones en el diario de laboratorio.
Nota: La prueba es positiva si se decoloran por lo menos 3 gotas de permanganato de
potasio. Si se presenta una reacción débil, puede deberse a la presencia de
impurezas.
VI. 6. Prueba para Alquinos terminales
23.
24.
25.
26.
Colocar 5 mL de solución cuprosa amoniacal y de solución de nitrato de plata
amoniacal por separado en dos tubos de ensayo.
Añadir 0.1 mL (ó 30 mg) de la(s) muestra(s) problema(s) a cada tubo de ensayo.
Observar si se formó un precipitado.
Anotar observaciones en el diario
Nota: Se debe tener precaución durante el ensayo pues los acetiluros de cobre y plata
son muy explosivos cuando se secan. Los acetiluros residuales se destruyen por
calentamiento con ácido nítrico diluido. No guardar los acetiluros en la gaveta
pues al secarse pueden explotar.
88
VI. 6. 1. Prueba de Control (Preparación de acetileno)
27.
28.
29.
30.
31.
32.
33.
34.
35.
36.
Armar el aparato mostrado en la figura 1
Colocar 3 g de carburo de calcio en trozos en el matraz de destilación.
Colocar en el embudo 10 mL de agua desmineralizada.
Abrir la llave del embudo dejando gotear lentamente el agua.
Colocar en un tubo de ensayo 5 mL de nitrato de plata amoniacal.
Colocar en un tubo de ensayo 5 mL de cloruro de cobre (I) amoniacal.
Colocar en un tubo de ensayo bromo en cloroformo
Colocar en un tubo de ensayo solución diluída de permanganato de potasio.
Pasar una corriente de acetileno (aproximadamente durante un minuto) en los 4
tubos de ensayo (18 x 150) de los pasos 31 a 34.
Anotar observaciones en el diario
Equipo para la
preparación de acetileno
FIGURA 1
VI. 7. Prueba de Alcoholes
VI. 7. 1. Prueba de Lucas
37.
38.
39.
40.
41.
Colocar 1 mL de muestra problema en un tubo de ensayo
Añadir 10 mL del reactivo de ácido clorhídrico-cloruro de cinc. La temperatura
debe mantenerse entre 26-27 °C.
Tapar el tubo y agitar la mezcla contenida en el tubo de ensayo.
Reposar la mezcla.
Observar si hubo formación del cloruro de alquilo en un lapso de 10 minutos.
Nota: Ya que la prueba de Lucas depende de la aparición del cloruro de alquilo como
una segunda fase líquida, evidentemente solo es aplicable a los alcoholes que
son solubles en el reactivo. Esto limita la prueba, en general, a los alcoholes
monofuncionales con menos de 6 átomos de carbono.
VI. 7. 2. Prueba con nitrato cérico
VI. 7. 2. 1. Compuestos solubles en agua
42.
Mezclar perfectamente 0.5 mL del reactivo de nitrato cérico con 3 mL de agua
destilada en un tubo de ensayo.
43.
Añadir 4 a 5 gotas del compuesto que se va a ensayar.
89
44.
45.
46.
Tapar el tubo y agitar la mezcla.
Observar el cambio de color.
Anotar observaciones en el diario.
VI. 7. 2. 2. Compuestos insolubles en agua
47.
48.
49.
Colocar 0.5 mL de nitrato cérico en un tubo de ensayo,
Agregar al tubo de ensayo 3 mL de dioxano. Si se forma un precipitado, añadir
agua (de 3 a 4 gotas), agitando, hasta que la solución esté transparente.
Añadir de 4 o 5 gotas del compuesto que se va a investigar, agitar y observar
cambios de color.
VI. 8. Prueba de aldehídos y cetonas
50.
51.
52.
53.
54.
55.
56.
Colocar 1 o 2 gotas del compuesto que se va a investigar en un tubo de ensayo.
Disolver en 2 mL de etanol al 95 %.
Agregar 3 mL del reactivo de 2,4-dinitrofenilhidrazina.
Agitar vigorosamente.
Observar si se forma inmediatamente un precipitado, si se forma continuar en el
paso 56. Si no se forma continuar en el paso 55.
Reposar durante 15 minutos
Anotar observaciones en el diario.
90
VII. DIAGRAMA DE FLUJO
Nota 1: Al efectuar las siguientes pasos del diagrama y concluir con seguridad el tipo de grupo
funcional presente (o ausente) en la muestra, no continuar realizando el resto de los pasos.
Nota 2: Al finalizar cada una de las pruebas para identificar un grupo funcional en particular,
realizar el mismo ensayo pero en lugar de muestra desconocida use una muestra testigo
(compuesto que contenga el mismo grupo funcional por identificar). Aunque ya se haya
identificado el grupo funcional de la muestra desconocido, realizar todos los ensayos usando
muestras testigo.
1
2
Agregar 0.5 mL de
muestra y agitar
vigorosamente
Colocar en un tubo
de ensayo 2 mL
H2SO4 concentrado
6
1
5
Observar y anotar
en el diario
7
7
2
Agregar 0.5 mL del
muestra,
tapar y
agitar vigorosamente
Colocar en un tubo
de ensayo 2 mL de
CHCl3 seco
8
Añadir 0.1 mL (30 mg)
de muestra, mezclar e
inclinar el tubo hasta
humedecer la pared
9,10
Adicionar gota a gota
y agitando una solución de bromo al
2% en CHCl3 hasta
que persista el color
del bromo por 1 min
13
16
Coloque en la boca
del tubo de ensayo
una tira de papel
indicador previamente
humedecido
17
4
Colocar 2 mL de
H2SO4(SO3) en un
tubo de ensayo
5
9
Añadir 0.5-1.0 g de
AlCl3 procurando se
pegue en la pared
lateral del tubo de
ensayo.
11
10
11
12
3,4
6
8
7
3
Observar y anotar en
el diario
Añadir 30 a 50 mg (o
0.2 mL) de muestra a
2 mL de CHCl3
14,15
14
Observar y tomar
nota del color del
polvo que está sobre
la pared lo mismo
que el color de la
solución
12,13
15
Observar si hubo
cambio de color, si es
necesario sople a
través de la boca del
tubo para revelar la
presencia de HBr
18
Observar
si
se
desprenden humos
blancos (HBr)
18
16
91
16
17
Colocar en un tubo de
ensayo 2 mL de H2O o
EtOH y disolver 30 a
50 mg (o 0.2 mL) de
muestra
18
Añadir una solución de
KMnO4 al 1 % gota a
gota con agitación
20
19
Se considera positiva
la
prueba
si
se
decoloran
por
lo
menos 3 gotas de
KMnO4 y hay aparición
de un precipitado café
de MnO2
21
20
21
Colocar 5 mL de una
solución cuprosa de
cloruro amoniacal. y
añadir (0.1 mL, 30 mg)
la muestra problema.
Observar si se forma
un precipitado
23,24,25
22
Colocar en un tubo de
ensayo 5 mL de plata
amoniacal y añadir
(0.1 mL) la muestra.
Observar si se forma
un precipitado el cual
se destruye con HNO3
26
Observar y anotar en el
diario
22
23,24,25
22
23
Anotar
todas
las
observaciones en el
diario
19
24
Armar un aparato
como el de la figura 1
y colocar en el matraz
3 g de carburo de
calcio en trozos
Colocar en el embudo
10
mL
de
H2 O
desmineralizada, la cual
se
deja
gotear
lentamente al matraz
27,28
25
26
27
Añadir 10 mL de
reactivo HCl-ZnCl2 a
temperatura entre 2627 °C a la muestra
Colocar 1 mL de
muestra en un tubo de
ensayo
37
38
28
29
Tapar el tubo y agitar,
luego
reposar
la
mezcla
39,40
29,30
Efectuar los pasos 11 a
22 de este diagrama
solo que en lugar de la
muestra problema usar
el acetileno generado
por el brazo lateral de la
figura 1
31-36
Anotar
todas
las
observaciones en el
diario
30
41
92
30
32
31
Colocar 0.5 mL del
reactivo de nitrato
cérico en un tubo de
ensayo
Añadir 4 o 5 gotas
del compuesto a
ensayar
Mezclar el nitrato
cérico con 3 mL de
agua
42
42
43
34
35
Añadir 3 mL de
dioxano. Si se forma
un precipitado agregar 3 o 4 gotas de
agua
33
Colocar 0.5 mL del
reactivo de nitrato
cérico en un tubo de
ensayo
Tapar el tubo y agitar
Anotar observaciones
en el diario
44-46
47
48
36
38
37
Agitar hasta que la
solución esté transparente
48
Añadir 2 mL de etanol
al 95 % y agitar hasta
disolución
51
40
49
41
42
Agitar la mezcla y
observar el cambio de
color
Añadir 4 o 5 gotas
del compuesto a
ensayar
Colocar 1 o 2 gotas
del compuesto a
investigar en un tubo
de ensayo
Agregar 3 mL del
reactivo de 2,4-dinitrofenilhidracina y agitar
vigorosamente, observar
49
52-54
44
NO
Hay formación
de precipitado
SI
40
Anotar
todas
las
observaciones en el
diario
50
43
49
Reposar durante 15 min
hasta observar si hay
formación de un precipitado
45
55
Anotar las observaciones en el diario
Pasos correspondientes
al VI. PROCEDIMIENTO
FIN
56
93
VIII. BIBLIOGRAFÍA
1.
Shriner, R. L., Fuson, R. C. y Curtin D. Y., Identificación Sistemática de
Compuestos Orgánicos. Ed. Limusa. p. 40 y 41, 1979.
94
CUESTIONARIO
1.- Investigue diferentes reacciones que permiten la identificación de alcoholes,
indicando la reacción característica.
2.- El grupo carbonilo se encuentra presente tanto en aldehídos como cetonas, de que
forma se pueden diferenciar estos grupos funcionales experimentalmente.
3.- Indique la reacción de formación de las fenilhidrazonas producidas al utilizar el
reactivo 2,4DNFH.
4.- Describa la reacción de alquilación de Friedel-Crafts
95
PRÁCTICA No. 7
CROMATOGRAFÍA
I. OBJETIVO
Aplicar los fundamentos teóricos de esta importante técnica de separación, purificación
e identificación y desarrollar en el laboratorio las técnicas cromatográficas más
utilizadas.
II. FUNDAMENTO
La palabra cromatografía fue originalmente empleada por Tswett en 1906, para
describir las bandas coloreadas observadas cuando una solución, conteniendo
pigmentos de plantas se pasó a través de una columna empacada con un adsorbente.
En la actualidad, dicho término engloba una gran variedad de técnicas, que son
ampliamente usadas con propósitos tanto analíticos como de separación.
La cromatografía se clasifica en cromatografía de adsorción y cromatografía de
partición de acuerdo al fenómeno involucrado en la separación.
Todos los métodos cromatográficos operan bajo el principio de que los componentes de
una mezcla se van a distribuir desigualmente entre dos fases. La fase móvil es
generalmente un líquido o un gas que fluye continuamente sobre una fase estacionaria
que puede ser un líquido o un sólido. Los componentes individuales de la mezcla tienen
diferentes afinidades por la fase móvil y la fase estacionaria, de esta manera se
establece un equilibrio entre ambas fases y los constituyentes de dicha mezcla son
selectivamente separados temporalmente de la fase móvil, por la unión con la fase
estacionaria.
Como cada componente tiene un coeficiente de distribución diferente entre las dos
fases, estos se separan en regiones llamadas bandas migratorias (o manchas), esta
separación se debe a que algunos componentes se unen mas fuertemente con la fase
estacionaria que los demás y por lo tanto éstos se mueven mas lentamente en la
dirección del flujo de la fase móvil. Las fuerzas atractivas que se involucran en estas
adsorciones selectivas, son las mismas fuerzas que causan las interacciones atractivas
entre las moléculas como son: las interacciones electrostáticas, las dipolo-dipolo, los
puentes de hidrógeno y las fuerzas de Van der Waals.
Los métodos cromatográficos usados por los químicos modernos pueden ser
clasificados por la naturaleza de la fase móvil y la fase estacionaria, por ejemplo,
cromatografía en columna, cromatografía de gases (GC), cromatografía de líquidos de
alta resolución (HPLC) y cromatografía en capa fina (TLC) involucran una interacción
96
líquido-sólido o gas-sólido, (cromatografía de adsorción). La cromatografía de gaslíquido es un tipo de cromatografía de gases que involucra una interacción entre una
fase móvil gaseosa y una fase estacionaria líquida adsorbida sobre un sólido inerte
(cromatografía de partición). La cromatografía en papel pertenece también a este último
tipo.
II. 1. Términos empleados en cromatografía de adsorción
Soluto:
La sustancia que se va a separar.
Adsorbente:
La sustancia finamente dividida la cual constituye la fase
estacionaria en la cromatografía de adsorción.
Origen o línea base:
Punto en el cual la muestra es aplicada.
Desarrollo:
El paso de un líquido a través del adsorbente para efectuar la
separación de la muestra.
Eluente:
Es la fase móvil que efectúa la separación del soluto, éste
puede ser un líquido puro, una mezcla de líquidos o un gas.
Eluato:
Es la mezcla de la fase móvil que efectuó la separación junto
con los solutos al final de la cromatografía.
Revelado:
Cuando los componentes de la muestra no son coloreados (es
decir, visibles a simple vista) el cromatograma es visualizado
por el empleo o aplicación de luz ultravioleta o algún reactivo,
pueden ser vapores de yodo; a éstos se les conoce como
reveladores universales.
Rf o factor de retención: Es la relación de la distancia recorrida por el soluto o
componente (medida desde el punto de aplicación hasta en el
centro geométrico de la mancha correspondiente) y la
distancia recorrida por el frente del eluente.
II. 2. Cromatografía en capa fina TLC (thin layer chromatography)
Fue en 1938 cuando, por primera vez, se describió la cromatografía en capa fina en la
literatura, pero hasta 1960, se introdujo ampliamente su uso en los laboratorios de
investigación en los Estados Unidos.
La gran aceptación de esta técnica es debida a su versatilidad ya que puede emplearse
tanto como una técnica rápida de análisis (en cinco minutos y con unos cuantos
microgramos se puede obtener una información completa de la muestra), así como para
conocer condiciones de reacción, en tiempos cortos, por comparación de los productos
97
con los reactivos de los que se parten, otro uso es la selección del eluente adecuado
para cromatografía en columna, etc.
II. 2. 1. Adsorbentes
Existen una gran cantidad de adsorbentes disponibles comercialmente, ordenados en
forma decreciente de polaridad tenemos: alúmina (Al2O3), gel de sílice (ácido silícico
SiO2 xH2O), florisil (silicato de magnesio activado), celulosa, carbohidratos y algunos
otros de menor uso. En el laboratorio se utilizan por lo general, gel de sílice y alúmina,
ambos son sólidos polares.
El gel de sílice es una sustancia ligeramente ácida por lo que se emplea para separar
compuestos neutros o ácidos. La alúmina es una sustancia altamente activa y
fuertemente adsorbente, comercialmente se puede adquirir en tres formas: ácida,
básica y neutra. Las alúminas ácida y básica son usadas para separar compuestos
ácidos y básicos respectivamente. La forma neutra se usa para separar compuestos
sensibles al pH.
El grado de actividad de los adsorbentes es disminuido por la presencia de pequeñas
cantidades de agua, por eso el porcentaje de humedad va a ser una de las variables
que se debe considerar al efectuar una cromatografía de adsorción. Otro factor a
considerar es el área específica, altas áreas específicas aseguran equilibrios rápidos y
buenas separaciones. Las áreas requeridas son del orden de cientos de metros
cuadrados por gramo.
La fuerza de adsorción de un compuesto orgánico depende no solamente de la
polaridad del adsorbente y de su naturaleza, sino también de la naturaleza de los
grupos funcionales presentes en la molécula. En la cromatografía en fase normal, el
material adsorbente de la fase estacionaria es polar y el solvente usado como fase
móvil es no polar. En estas condiciones, los grupos funcionales polares (ácidos
carboxílicos, alcoholes, aminas) son mas fuertemente retenidos que los grupos menos
polares (éteres, ésteres, haluros de alquilo); ver la figura 1.
Incremento de adsorción sobre fases estacionarias no polares
-CO2H, -OH, -NH2, -SH, -CHO, - C=O, -CO2R, -OCH3, -C=C-, -X
Incremento de adsorción sobre fases estacionarias polares
Orden de adsorción en fases estacionarias
FIGURA 1
98
En cromatografía en fase reversa el material de empaque para la fase estacionaria
consiste en perlas de vidrio recubiertas con una película de hidrocarburo no polar y
mezclas de agua y solventes orgánicos son empleados como fase móvil; bajo estas
condiciones las moléculas orgánicas no polares son fuertemente atraídas por la fase
estacionaria no polar y los solutos polares son más atraídos por la fase móvil. El orden
de elución es el reverso de la fase normal y muchas veces este método puede separar
mezclas que por fase normal no se logra.
II. 2.2. Eluente o fase móvil
Elegir el eluente o fase móvil es otro proceso importante en la cromatografía. La
elección de éste se lleva a cabo considerando los siguientes criterios (la cantidad de
muestra requerida es mínima):
1) Un eluente efectivo debe disolver al soluto pero no debe competir con él por los
sitios de la fase estacionaria
2) Si el soluto no es soluble en el eluente éste puede quedar permanentemente
adsorbido en la fase estacionaria.
3) El eluente no debe ser tan polar porque el soluto se moverá tan rápidamente que no
tendrá oportunidad de establecer los equilibrios necesarios para la separación.
La diferente habilidad de los eluentes para mover un soluto dado se denomina poder
de elución.
En la tabla 1 se muestra el orden de polaridad, con base en su constante dieléctrica, de
algunos solventes en cromatografía en fase normal, éste por supuesto es el inverso
para la cromatografía en fase reversa.
Comunmente para escoger el eluente, se marcan puntos (con un lápiz) en una placa
cromatográfica de TLC separados dos centímetros en forma alternada (ver figura 2) y
sobre los puntos se aplica una pequeña cantidad de muestra en solución. Se deja secar
la muestra y enseguida se aplica el primer eluente con un capilar normal. Si después de
que seca el eluente se aprecia la muestra en el origen, debe aplicarse en el siguiente
punto un eluente de mayor polaridad y así sucesivamente hasta encontrar el que
presente un mayor número de círculos concéntricos. Se da el caso que el soluto no
corra por la baja polaridad del eluente pero el siguiente lo extienda demasiado, se debe
entonces usar una mezcla de los dos eluentes.
99
TABLA 1
Constantes dieléctricas de algunos solventes
SOLVENTE
CONSTANTE
DIELÉCTRICA
1.9
2.0
2.0
2.2
2.3
2.4
3.4
4.3
4.8
6.0
10.0
12.3
18.3
20.1
20.7
24.3
32.6
37.0
78.5
Hexano
Éter de petróleo
Ciclohexano
Tetracloruro de carbono
Benceno
Tolueno
Tricloroetileno
Éter dietílico
Cloroformo
Acetato de etilo
Cloroetano
Piridina
2-Propanol
1-Propanol
Acetona
Etanol
Metanol
Acetonitrilo
Agua
Mejor eluente
a
b
c
Cromatografía en capa fina
FIGURA 2
100
La cromatografía en capa fina, puede iniciarse preparando los platos o placas
cromatográficas, el adsorbente es usualmente alúmina o gel de sílice en suspensión
acuosa mezclada con una pequeña cantidad de aglutinante, suele emplearse almidón o
sulfato de calcio. Las placas son recubiertas con una delgada capa de 250 micras de
espesor, luego son secadas en una estufa a 110 oC durante 1 hora, para eliminar el
agua presente, pues esta disminuye la actividad del adsorbente. Las placas pueden ser
de vidrio o de plástico duro. También se venden ya preparadas.
Una vez que la placa esté lista, con un lápiz se marca el origen y se aplica la muestra
(ver figura 3) con un microcapilar.
El cromatograma se desarrolla en una cuba cromatográfica a la que previamente se le
añadió un eluente adecuado; precaución, la altura del eluente no debe rebasar el origen
(ver figura 3). Se deja correr hasta que el eluente alcance un centímetro antes de la
altura tope de la placa, se puede marcar previamente esa marca con un lápiz.
Para visualizar las bandas, si los compuestos son incoloros y presentan fluorescencia,
se emplea la lámpara de luz ultravioleta, cuando esto no funciona, se puede emplear
vapores de yodo (se introduce la cromatoplaca en un recipiente con cristales de yodo) o
bien se emplea un reactivo específico aplicado con un aspersor sobre la placa. Una vez
detectados los componentes, se calcula el Rf (ver figura 3).
Frente del solvente
c
2
tiempo
Separación de
componentes
b
Rf(componente 1) = a/c
Rf(componente 2) = b/c
1
a
Origen o línea base
Cromatografía en capa fina
FIGURA 3
II. 3. Cromatografía en columna
Esta técnica también es una forma de cromatografía de adsorción líquido-sólido y
constituye una poderosa herramienta en la síntesis orgánica, pues tanto en la industria
como en la investigación, frecuentemente es necesario separar los componentes de
una mezcla de reacción para ser usados posteriormente en otras rutas sintéticas. La
cromatografía en columna es idónea para este propósito. Cuando el propósito es
separar una mezcla se le conoce como técnica preparativa.
101
Es importante mencionar que los principios teóricos vistos para TLC se aplican de igual
manera para cromatografía en columna. La selección del mejor eluente y adsorbente se
puede efectuar por medio de cromatografía en capa fina.
Básicamente una cromatografía en columna consiste en lo siguiente: la muestra a
separar se disuelve en un solvente adecuado y es colocada en la parte superior de una
columna empacada con un sólido adsorbente finamente dividido que sirve como fase
estacionaria (ver figura 4). Luego se hace pasar el eluente (fase móvil) a través de la
columna.
Los componentes de la mezcla son inicialmente adsorbidos por la fase estacionaria en
la parte superior de la columna, pero luego el eluente los mueve hacia abajo, a
diferentes velocidades, dependiendo de su afinidad por el material adsorbente. Un
componente débilmente adsorbido viajará más rápido que uno fuertemente unido a la
fase estacionaria.
Eluente
Arena
a
Adsorbent
e
Arena
Algodón
Columna cromatográfica
FIGURA 4
Cuando los componentes son coloreados, se observan diferentes bandas a medida que
éstas se separan por medio de efecto del eluente y los diferentes tiempos de retención
de cada soluto. Cada fracción es entonces separada en recipientes diferentes.
En cuanto a la cantidad de adsorbente usada para empacar la columna varía de
acuerdo a la diferencia en los coeficientes de distribución y las polaridades de los
componentes individuales del sistema cromatográfico. Para separaciones simples es
posible usar 10 g de adsorbente por 1g de muestra, pero si los componentes tienen
polaridades semejantes, la relación debe incrementarse de 100-200 :1. Una proporción
25 :1 es un buen punto de partida en esos casos. Como regla general la relación de
altura a diámetro de una columna empacada debe ser 8 :1.
102
II. 3. 1. Proceso de empacado
Antes de iniciar el proceso de empacado se debe tener bien claro que la eficiencia de la
separación va a depender de lo bien que este proceso sea llevado a cabo, si llegan a
formarse fracturas en el adsorbente por causa de un empaque deficiente, es
conveniente volver a empezar.
Existen dos formas de empacar una columna: el método en seco y el método en
húmedo; en el primero se va añadiendo el adsorbente seco sobre el eluente que se
encuentra llenando la columna. En el segundo se prepara una suspensión del
adsorbente en el eluente seleccionado y se añade a la columna que debe estar llena
sólo a la mitad de su capacidad. El método en húmedo se requiere cuando se usa como
adsorbente gel de sílice.
La columna debe ser de vidrio con llave de teflón o bien provista de un pedazo de
manguera con una llave de Mohr para controlar la salida del solvente.
Para empacar la columna por el método en seco se llena con el eluente, se introduce
un trozo de lana de vidrio o de algodón hasta acomodarlo en el fondo de la columna,
sacando las burbujas de aire, luego se pone un cm de arena (ver figura 4) procurando
un nivel uniforme en ésta, para asegurar un empaque uniforme del adsorbente y
bandas bien definidas de los solutos. Al empacar, se debe mantener ligeramente
abierta la llave para desalojar las burbujas de aire, pero nunca se deja que el nivel del
eluente baje hasta el adsorbente porque se van a producir fracturas y hay que volver a
empezar. Es necesario también pegar suavemente en la columna con un lápiz
recubierto de manguera de hule para uniformizar el nivel del sólido.
Al terminar de llenar se coloca otro centímetro de arena, la cual tiene como función
prevenir el disturbio del adsorbente al añadir el eluente durante el proceso
cromatográfico.
II. 3. 2. Proceso de elución
Para iniciar la cromatografía de la muestra, ésta se disuelve en una mínima cantidad de
solvente y se añade a la columna que previamente ha sido desalojada del eluente hasta
el nivel de la parte superior de la arena. Se deja adsorber la muestra y se lava con un
poco de eluente, después se llena la columna con más líquido.
La elución de la muestra puede ser simple o fraccionada (llamada también técnica de
gradiente). En la elución simple se usa un solo eluente durante toda la separación. Este
procedimiento funciona bien para la separación de mezclas de dos o tres componentes
con polaridades semejantes.
La técnica de elución fraccionada es la más adecuada. En ésta se usa, una serie de
eluentes con incrementos en polaridad para llevar a cabo la elución de la mezcla en la
columna.
103
La elución se inicia con un eluente no polar como hexano o éter de petróleo para
separar la primera banda con los componentes menos polares. Los componentes de
mayor polaridad, quedan adsorbidos en la fase estacionaria y para moverlos se hace un
incremento gradual en la polaridad del eluente para que las bandas individuales se
separen y no coeluyan. Por ejemplo, si se parte de hexano, se va añadiendo 5 % de
cloroformo y 95 % de hexano, luego se incrementa el cloroformo a 10, 15, 20, 40, 80 %
disminuyendo el hexano. De esta manera las diferentes bandas migran, hasta
abandonar la columna.
Como una regla general se tiene que añadir tres veces el volumen de la columna antes
de cambiar al siguiente nivel de polaridad. Cuando las diferentes bandas son
coloreadas, las fracciones se colectan en varios recipientes (tubos de ensayo o
matraces Erlenmeyer). Luego se elimina el solvente para recuperar los solutos.
Desafortunadamente muchos compuestos orgánicos son incoloros y a simple vista no
se pueden diferenciar las bandas para colectarlas. En estos casos es posible usar
detectores electrónicos que en la mayoría de los casos no están disponibles en
laboratorios comunes; por ello, la ayuda que presta la cromatografía en capa fina, para
monitorear las distintas bandas, es de un gran valor.
• La necesidad de efectuar separaciones más rápidas y de mayor resolución ha
requerido el desarrollo de técnicas mas elaboradas. Tal es el caso de la
cromatografía de gases (CG) o la cromatografía de alta presión o HPLC (high
performance liquid chromatography) pero la descripción de ésta cae fuera de los
alcances del presente manual.
III. MATERIAL
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Tubos capilares
Mechero
Vasos de precipitado de 100mL o cuba cromatográfica
Vidrio de reloj
Regla de 30 cm
Probeta de 25 mL
Lápiz
Placas para TLC
Papel filtro # 41 y papel para cromatografía
Tubo de ensayo
Pipetas de 10 mL
Gotero
Pipetas de 1mL
Hilo
Cinta adhesiva
Tijeras
104
IV. REACTIVOS
• Eluentes: éter etílico, acetona, hexano, metanol, etanol, butanol-acetato de etilo (4 :
2)
• Colorantes vegetales
V. PROCEDIMIENTO
V.1. Cromatografía en capa fina
V. 1. 1. Separación de los componentes de los colorantes vegetales
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
Marcar con un lápiz puntos separados dos centímetros en una placa
cromatográfica de TLC (ver figura 2).
Aplicar una pequeña cantidad de la muestra en solución, con un microcapilar,
procurando no romper la capa de adsorbente y que la mancha sea de un diámetro
no mayor a 1 mm.
Dejar secar la muestra y aplicar el primer eluente (menos poloar) con un capilar
normal. Si después de que seca el eluente se aprecia la muestra en el origen,
aplicar en el siguiente punto un eluente de mayor polaridad y así sucesivamente.
Elegir el eluente adecuado con base a donde haya mayor separación de círculos
concéntricos.
Marcar el origen en otra placa, midiendo un centímetro desde la base de la placa
(ver figura 3).
Aplicar la muestra con un microcapilar sobre el origen.
Medir 3 mL del eluente seleccionado.
Añadir el eluente a la cuba y mantenerla cerrada.
Cortar un papel filtro del tamaño de la cuba e introducirlo, dando vuelta alrededor
de las paredes internas, dejando una ranura para poder observar.
Introducir la placa en la cuba. El eluente no debe tocar el origen.
Desarrollar el cromatograma.
Sacar la placa cuando falte 1 cm para llegar a la altura máxima y poner una marca
(ver figura 3).
Dejar secar la placa. Medir la distancia recorrida por el eluente.
Localizar las manchas y medir las distancias recorridas, desde el origen hasta el
centro geométrico de las mismas.
Calcular los Rf para cada una de ellas (ver figura 3).
V. 1. 2. Separación de mezcla de tintas o colorantes en papel
1. Recortar el papel cromatográfico en forma de rectángulo, aproximadamente de 10 x
3 cm.
2. Elegir el eluente adecuado de acuerdo a la sección V.1.1. pasos del 1 al 4.
3. Marcar el origen con un lápiz midiendo 1 cm a la derecha del papel y 1 cm de la
base del papel hacia arriba.
105
4. Colocar la muestra en solución mediante un capilar estirado en el primer punto,
cuidar que el diámetro de la mancha no sea mayor de 1 a 2 mm.
5. Medir 3 mL del eluente seleccionado.
6. Añadir el eluente a la cuba y mantenerla cerrada.
7. Cortar un papel filtro del tamaño de la cuba e introducirlo, dando vuelta alrededor de
las paredes internas, dejando una ranura para poder observar.
8. Introducir la placa en la cuba. El eluente no debe tocar el origen.
9. Desarrollar el cromatograma.
10. Sacar la placa cuando falte 1 cm para llegar a la altura máxima y poner una marca
(ver figura 3).
11. Dejar secar la placa. Medir la distancia recorrida por el eluente.
12. Localizar las manchas y medir las distancias recorridas, desde el origen hasta el
centro geométrico de las mismas.
13. Calcular los Rf para cada una de ellas (ver figura 3).
VI. DIAGRAMA DE FLUJO
VI. 1. Cromatografía en capa fina
VI. 1. 1. Separación de los componentes de colorantes vegetales
2
1
3
Marcar en una placa
de TLC los puntos
con un lápiz (ver.
Fig. 2), y aplicar la
muestra
mediante
un microcapilar en
varios puntos
Dejar
secar
la
muestra y aplicar los
eluentes a probar
con
un
capilar.
Elegir el eluente
adecuado
1,2
3,4
5
6
Cortar un papel filtro
del tamaño de la
cuba e introducirlo
dando vuelta, cubriendo las paredes
de la cuba
Marcar el origen en
otra placa, midiendo
un centímetro desde
la base de la placa
(ver figura 3).
5
4
Medir 3 mL del
eluente seleccionado y añadir el
eluente a la cuba.
7,8
Aplicar la muestra
con un microcapilar
estirado sobre el
origen.
6
9
7
106
7
9
8
Introducir la placa en
la cuba. El eluente
no debe tocar el
origen. De-sarrollar
el cromato-grama
Sacar
la
placa
cuando falte 1 cm
para llegar a la
altura máxima y
poner una marca
(ver figura 3).
10,11
Dejar secar la placa.
Medir la distancia
recorrida
por
el
eluente
13
12
Procedimiento VI. 1. 2.
11
10
Calcular los Rf para
cada uno de los
componentes
detectados en el
cromatograma.
Localizar las manchas y medir las
distancias
recorridas, desde el centro
geométrico al origen
14
15
VI. 1. 2. Separación de mezcla de tintas y/o colorantes en papel
1
2
Recortar
un
rectángulo de 10 x 3
cm
del
papel
comatográfico
1
3
Elegir el eluente
adecuado
de
acuerdo a la sección
V.1.1. pasos del 1 al
4
2
Marcar el origen en
el
papel
cromatográfico,
midiendo
un
centímetro de la
base del papel (ver
figura 3)
3
4
107
4
5
Aplicar la muestra
con un microcapilar
estirado sobre el
origen
6
Medir 3 mL del
eluente seleccionado y añadir el
eluente a la cuba
Cortar un papel filtro
del tamaño de la
cuba e introducirlo
dando vuelta, cubriendo las paredes
de la cuba
4
5,6
7
9
8
Dejar secar la placa.
Medir la distancia
recorrida
por
el
eluente
11
7
Sacar
la
placa
cuando falte 1 cm
para llegar a la
altura máxima y
poner una marca
(ver figura 3)
Introducir la placa
en la cuba. El
eluente no debe
tocar el origen. Desarrollar el cromatograma
10
8,9
11
10
Localizar las manchas y medir las
distancias
recorridas, desde el centro
geométrico al origen
Calcular los Rf para cada
uno de los componentes
detectados en el
cromatograma
12
FIN
13
Pasos correspondientes al VI. PROCEDIMIENTO
VIII. BIBLIOGRAFÍA
1.
Krubsack Arnold J., Experimental Organic Chemistry, Allyn and Bacon Inc.
Boston, 1973.
2.
Gilberts, Martin Roberts, Experimental Organic Chemistry, Saunders College
Publisher, 1994.
108
CUESTIONARIO
1.- Dé la definición de cromatografía. Clasificación de la cromatografía.
Ejemplos
2.- ¿Qué significa R.f. y para qué sirve conocerlo?
3.- La cromatografía en capa fina, sus características y aplicaciones.
4.- Eluentes, soportes y reveladores más comunes para cromatografía
en capa fina.
5.- Factores que influyen en una separación por cromatografía en capa fina.
109
PRÁCTICA No. 8
PUNTOS DE FUSIÓN Y EBULLICIÓN
I. OBJETIVOS
Determinar experimentalmente el punto de fusión y ebullición y valorarlos como
información indispensable en la caracterización de una sustancia pura, adicionalmente,
practicar y dominar las técnicas de medición de puntos de fusión de sólidos orgánicos y
puntos de ebullición de líquidos orgánicos utilizando diferentes métodos y equipos para
establecer el grado de pureza del material sobre la base de los intervalos de fusión y
ebullición.
II. FUNDAMENTO
II.1. Punto de Fusión
El índice de pureza primario, usado en química orgánica, para compuestos cristalinos,
es el punto de fusión. Se puede definir como, la temperatura a la cual un sólido se
transforma en líquido a presión atmosférica.
El punto de fusión de una sustancia cristalina pura es una propiedad física de la
sustancia. Dado que la presión de vapor de un sólido es baja, el punto de fusión es
poco sensible a los cambios de presión (dentro de límites razonables). El punto de
fusión puede usarse para identificar una sustancia dada.
La indicación de pureza se puede dar en dos formas, primero, a mayor pureza del
material, mas alto su punto de fusión, segundo, a mayor pureza el intervalo de fusión es
más pequeño.
Con respecto a la relación entre el punto de fusión y la estructura del compuesto
orgánico, la generalización de que a mayor fuerza intermolecular presente el
compuesto, mayor será su punto de fusión, para compuestos de similar peso molecular,
tiene muchas excepciones. Lo que en la mayoría de los casos se cumple es que una
estructura más simétrica produce un mayor punto de fusión (para compuestos con
similares pesos moleculares).
En general, la adición de pequeñas cantidades de una impureza a una sustancia pura
causará una disminución en el punto de fusión, proporcional a la cantidad de impureza
añadida.
En la figura 1 se observa el comportamiento usual del punto de fusión de diversas
mezclas de dos sustancias A y B. Las curvas superiores indican la temperatura a la
cual toda la mezcla se encuentra en estado líquido. La curva inferior indica la
110
temperatura a la cual se observa el inicio de la fusión. Si se parte de la sustancia pura
A, el punto de fusión disminuirá al ir añadiendo la impureza B.
Al tener una mezcla particular se alcanza un mínimo en la temperatura de fusión y a
partir de ahí aumenta hasta llegar al punto de fusión de la sustancia pura B.
Pf A
Líquido A + B
Pf B
Fusión completa
Primera gota de
líquido
Temperatur
a
Intervalo
Sólido A + B
0%B
0%A
Punto de fusión – Curva de composición
FIGURA 1
En la figura 1, la distancia vertical entre la curva cóncava y la convexa representa el
intervalo de fusión. Podemos considerar una mezcla conteniendo la sustancia A con
una cantidad relativamente pequeña de B, en esta mezcla el punto de fusión disminuirá
y el intervalo de fusión aumentará. Por lo tanto para mezclas conteniendo pequeñas
cantidades de impurezas (menos de 15 %), el intervalo de fusión indica la pureza del
material.
Una sustancia que funde en un intervalo pequeño debe ser pura, sin embargo, en el
punto mínimo de la curva punto de fusión contra composición (figura 1), la mezcla
forma un eutéctico, que también funde en un intervalo pequeñísimo. No todas las
mezclas binarias forman eutécticos y algunas forman mas de uno.
La figura 2 es un diagrama de fases que describe el comportamiento del sistema A-B
durante la fusión.
111
B
A
tA
tB
Solución líquida
A+B
tM
Solución
líquida +
sólido A
Temperatur
a
Solución
líquida + sólido
B
tC
Sólido A + B
M
% mol A
100
80
60
40
20
0
% mol B
0
20
40
60
80
100
Diagrama de fases para la fusión de un sistema de dos componentes
FIGURA 2
Si A es una sustancia pura, funde exactamente al llegar a su punto de fusión tA; Esto
está representado por el punto A en el lado izquierdo del diagrama. Cuando B es una
sustancia pura, funde a tB, su punto de fusión está representado por el punto B, al lado
derecho del diagrama.
En las mezclas de A + B el comportamiento es diferente. Si consideramos una mezcla
de 80% A y 20% B (en porcentaje molar), el punto de fusión de esta mezcla está dado
por tM en el punto M del diagrama. La adición de B a A ha bajado el punto de fusión de
A de tA a tM; Esto también ha expandido el intervalo de fusión, la temperatura tM
corresponde al límite superior del intervalo de fusión.
La disminución del punto de fusión de A por la adición de B se lleva a cabo de la
siguiente manera: A tiene el punto de fusión mas bajo en el diagrama de fase y al
calentarse comienza a fundir y el sólido B se empieza a disolver en el líquido A que se
formó; cuando el sólido B se disuelve en el líquido A el punto de fusión baja.
Para comprender esto consideremos el punto de fusión en la dirección opuesta; cuando
un líquido a alta temperatura se enfría llegará al punto donde solidifica (se congela), la
temperatura a la cual se congela es idéntica a su punto de fusión; recordaremos que el
punto de congelación de un líquido se puede bajar por la adición de una impureza.
Dado que el punto de fusión y el punto de congelamiento son idénticos, una
disminución en el punto de congelamiento corresponde a una disminución en el punto
112
de fusión; a mayor cantidad de impureza añadida mayor es la disminución en el punto
de fusión, sin embargo, hay un límite, no podemos disolver una cantidad infinita de
impureza en un líquido, en algún momento el líquido se satura.
La solubilidad de B en A tiene un límite y este se alcanza precisamente en C, el punto
eutéctico. El punto de fusión de la mezcla no puede ser menor que tC, la temperatura
de fusión del eutéctico.
II. 1. 1. Precauciones en la Determinación del Punto de Fusión
Para llevar a cabo la determinación de punto de fusión se debe tomar en cuenta lo
siguiente:
• Las sustancias deben estar completamente secas y pulverizadas.
• Cada determinación se debe hacer sobre muestra nueva, el punto de fusión varía
cuando la muestra ya ha sido fundida.
• El material de vidrio, sobre todo en el caso de capilares preparados estirando vidrio,
debe ser lavado para evitar la acción del álcali en la superficie del vidrio, que puede
catalizar reacciones como la condensación aldólica de aldehídos y cetonas, las
mutarrotaciones de los azúcares y sus derivados, la descarboxilación de ciertos
ácidos y algunas transposiciones moleculares. La limpieza se hace lavando el
material con una solución diluida de un detergente neutro, después con ácido
clorhídrico diluido (10%) y, finalmente, con agua destilada.
• Los aparatos deberán estar calibrados. En el caso de la calibración del termómetro
se deberá hacer en el sistema donde se va a emplear, sea tubo de Thiele o MeltTemp; El aparato Electrothermal ya está calibrado; éste se calibra anualmente
enviándolo al proveedor o bien, mediante un equipo especial (kit de calibración), por
el responsable del laboratorio.
• Para la calibración del termómetro haremos la determinación del punto de fusión de
las sustancias dadas en la tabla 1; éstas deben ser puras y estar finamente
divididas. Con los datos obtenidos y los puntos de fusión reportados en la
bibliografía se hará una curva de calibración (figura 3) colocando en el eje de las
ordenadas los puntos de fusión observados y en el de las abscisas los puntos de
fusión corregidos (reportados o reales). Se traza la curva OA entre los puntos. En las
determinaciones subsecuentes, el punto de fusión observado (B) se proyecta
horizontalmente hasta la curva, se hace descender verticalmente hasta obtener el
valor corregido (C).
• Los métodos de determinación del punto de fusión en esta práctica son para
sustancias que funden en un intervalo de 25 - 300 oC, para puntos de fusión mas
113
altos se recomiendan métodos especiales, entre ellos, el uso de la barra de
Maquenne1.
• En el método del Tubo de Thiele se utilizan líquidos como el agua, la glicerina o el
ácido sulfúrico, dependiendo del intervalo de fusión de la muestra o muestras. La
glicerina es muy higroscópica y puede absorber tanta agua que hierve antes de su
punto de ebullición (290 oC d.) por lo tanto se debe guardar siempre en un recipiente
cerrado. El ácido sulfúrico es sumamente agresivo y debemos manejarlo con mucha
precaución y de ser posible sustituirlo por otro líquido. La forma del tubo de Thiele
permite corrientes de convección en el líquido, que mantienen una distribución de la
temperatura bastante uniforme a través de todo el líquido
TABLA 1
Estándares para Punto de Fusión
Puntos de Fusión (oC)
Compuestos
Punto de fusión observado
hielo
acetanilida
benzamida
urea
ácido succínico
ácido 3,5-dinitrobenzoico
0
115
128
132
189
205
A
B
C
Punto de fusión corregido
Curva de calibración
FIGURA 3
II. 2. Punto de Ebullición
114
Cuando un líquido se calienta, su presión de vapor se incrementa hasta el punto donde
se iguala a la presión aplicada (usualmente la presión atmosférica). En este punto se
observa que el líquido ebulle. El punto de ebullición normal se mide a 760 mm de Hg (1
atmósfera). A una presión aplicada menor, la presión de vapor necesaria para ebullir
disminuye y el líquido hervirá a menor temperatura. La relación entre la presión aplicada
y la temperatura de ebullición de un líquido se determina mediante su comportamiento
presión de vapor - temperatura, la figura 4 representa idealmente, una curva típica de
esta relación.
mm Hg
Presión de vapor
760
100
p. de eb.
a 100 mm
de Hg
p. de eb.
a 760 mm de Hg
(1 atm)
temperatura
Curva ideal de presión de vapor vs. temperatura para un líquido
FIGURA 4
Dado que los puntos de ebullición son muy sensibles a los cambios de presión, es muy
importante registrar la presión barométrica si la determinación se lleva a una elevación
significativamente mayor o menor que el nivel del mar.
Cuando use una bomba de vacío o un aspirador de agua se debe medir la presión de
trabajo.
Como una regla general, el punto de ebullición de muchos líquidos disminuye 0.5 oC por
cada 10 mm de Hg de disminución, en la presión, cuando se está cerca de los 760 mm
Hg. A presiones mas bajas, disminuye 10 oC cada vez que la presión se baje a la mitad
de la anterior. Por ejemplo, si el punto de ebullición observado es 150 oC a 10 mm de
Hg de presión, el punto de ebullición será de 140 oC a 5 mm de Hg de presión. Para
estimados más exactos podemos hacer uso de un nomograma2.
Con respecto a la relación entre el punto de ebullición y la estructura de un compuesto
orgánico, se puede decir que a mayor peso molecular mayor punto de ebullición para
compuestos con similares fuerzas intermoleculares. Para compuestos de similar peso
molecular el punto de ebullición será mayor para aquellos que presenten fuerzas
intermoleculares más intensas.
115
Para determinar el punto de ebullición podemos hacerlo de dos maneras, cuando se
tiene suficiente muestra para hacer una destilación, se puede tomar la temperatura de
equilibrio marcada por el termómetro, este método requiere gran cantidad de muestra
(5-10 mL), el otro método, el que efectuaremos en esta práctica, es a escala semimicro,
solo se requiere utilizar una o dos gotas del líquido.
Tomar en cuenta las precauciones consideradas en el punto de fusión lo mismo con
respecto a la calibración y si es necesario, corregir, por el efecto de temperatura en el
vástago del termómetro3.
III. EQUIPO
•
•
•
Electrothermal Serie IA9000, Aparato Digital para punto de fusión
Aparato para punto de fusión Fisher-Johns
Aparato para punto de fusión Melt-Temp
IV. MATERIAL
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Soporte
Pinzas para soporte
Mechero
Manguera
Tubo de Thiele
Gotero
Tubo Durham
Capilares
Termómetro
Cubreobjetos
Algodón
Ligas
V. REACTIVOS
•
•
•
•
Sustancias para calibración (Tabla 1)
Glicerina
Sustancias sólidas orgánicas (de preferencia aquellas con Pf menor de 140°C)
Sustancias líquidas (metanol, etanol)
VI. PROCEDIMIENTO
VI. 1. Determinación del Punto de Fusión
VI. 1. 1. Punto de fusión por el método del tubo de Thiele
116
1. Preparar un tubo de Thiele, figura 5, llenándolo con glicerina, aproximadamente 1
cm arriba de la salida al “brazo” del tubo de Thiele.
2. Colocar el termómetro en un tapón monohoradado que se ha preparado con una
abertura en forma de cuña en un lado del tapón, para evitar diferencias de presión,
ver figura 6.
3. Sellar uno de los extremos de un capilar utilizando el mechero.
4. Introducir el sólido seco y pulverizado al tubo capilar en una cantidad que forme una
columna no mayor de 1 o 2 mm. Esto se hace presionando suavemente, la abertura
del capilar sobre la muestra pulverizada. Para que la muestra llegue al lado sellado
del tubo, se deja caer éste (con el lado cerrado hacia abajo) dentro de un tubo de
vidrio de unos 60 cm de largo que se sostiene verticalmente sobre la mesa. Cuando
el capilar golpea la superficie de la mesa los cristales bajan al fondo del tubo
capilar, si es necesario se repite el procedimiento. Por seguridad no golpee el
capilar sobre la mesa para hacer que baje el sólido, ya que el tubo es muy frágil y
puede romperse causándole una herida.
5. Unir el capilar al termómetro mediante una banda de hule (se puede cortar un
pequeño pedazo de manguera formando una banda de hule resistente). Cuidar que
la banda quede fuera del baño de glicerina. Colocar el capilar de manera que la
muestra este lo mas cerca posible del bulbo del termómetro ver figura 5. Cuidar
que la glicerina no entre al capilar.
6. Armar el equipo como se muestra en la figura 5.
7. Iniciar el calentamiento colocando el mechero bajo el brazo del tubo de Thiele como
en la figura 5. Nota: El calentamiento debe ser lo más uniforme posible y el
aumento en temperatura debe ser de 2 oC/min.
8. Observar y tomar nota de la temperatura a la que aparece la primera gota de líquido
y la temperatura a la que funde completamente la muestra, esto es el intervalo de
fusión. También observar si hay cambios en el color, en el aspecto de los cristales,
si se desprenden gases o cualquier otro indicio de descomposición. Repetir dos
veces más la determinación y promediar los resultados.
Tapón monohoradado
Liga
tubo capilar
Muestra
Tubo Thiele
117
Tapón monohoradado con abertura en forma de cuña
FIGURA 6
VI. 1. 2. Punto de Fusión por el método del Melt-Temp
9.
Conectar el aparato Melt-Temp, ver figura 7. Debe tener instalado un termómetro
calibrado para ese aparato en particular. El termómetro debe unirse con resina
epoxi, si se quiere seguir trabajando con el sistema calibrado en otra ocasión.
10. Preparar un capilar con muestra, como en el paso 4. Colocarlo en las guías para
los capilares, que están colocadas en la zona de calentamiento, junto al
termómetro.
11. Encender el aparato y regular la velocidad de calentamiento mediante el control de
transformador variable. La temperatura no debe aumentar a mas de 2 oC /min.
12. Observar la muestra, a través del ocular (lupa), y estar observando la temperatura
en el termómetro. Registrar la temperatura inicial y final de la fusión. El aparato
debe dejarse enfriar antes de una nueva determinación.
118
Aparato Melt-Temp
FIGURA 7
VI. 1. 3. Punto de Fusión por el método del Fisher-Johns
13. Conectar el aparato calibrado, ver figura 8.
14. Colocar la muestra pulverizada entre dos cubreobjetos, o trozos de cubreobjetos,
a manera de “sandwich” (debe ser una capa delgada de polvo).
15. Colocar el sandwich sobre la depresión de la platina de aluminio.
16. Encender el aparato y regular la velocidad de calentamiento mediante el control de
transformador variable.
17. Observar a través de la lupa la muestra, y leer la temperatura a la que aparece la
primera gota de líquido y la temperatura a la que todo el sólido se ha fundido.
18. Anotar los datos del intervalo de fusión en el diario de laboratorio.
119
Aparato de Fisher-Johns
FIGURA 8
VI. 1. 4. Punto de Fusión por el método del Electrothermal
19. Colocar el electrothermal4 sobre la mesa y conectarlo según la figura 9.
20. Aflojar los tornillos mostrados en la figura 10, para mover el brazo, hacer el ajuste
y volver a apretar.
21. Encender la fuente de poder (ON en la figura 9) y permitir que el aparato adquiera
la temperatura ambiente. Se recomienda esperar 30 minutos.
22. Preparar el capilar con la muestra según el paso 4 del método del Tubo de Thiele.
Colocar el capilar en el lugar para muestras, hay tres lugares, en los dos restantes
debe colocar dos capilares más, con muestra o vacíos.
23. Establecer el “SET POINT” o temperatura base, unos 10 oC abajo del punto de
fusión esperado (si la muestra es conocida). Suponiendo que la muestra funde a
117 oC, el set point será 107 oC. Esta temperatura se establece como “SET
POINT”, presionando la tecla, con la flecha hacia arriba, 11 veces (10 grados por
cada vez que se presiona) nos dará 110 oC, presionamos la tecla, con la flecha
hacia abajo, 3 veces (menos 1 grado por cada vez que la presionemos) y
obtenemos los 107 oC que se necesita. Si se comete un error se presiona la tecla
CLEAR y se vuelve a empezar.
24. Llegar al set point presionando la tecla GOTO. Se iluminarán las cuatro barras
L.E.D. al ir subiendo la temperatura. Para revisar el set point se puede presionar la
tecla que tiene la flecha hacia arriba y aparecerá (por un segundo) la temperatura
que hemos fijado. Durante este paso, la temperatura sube rápidamente, cuando se
alcanza el set point se enciende el círculo a la izquierda del GOTO y se oirán 3
“beeps” para indicar que se ha llegado a la temperatura base (“SET POINT”).
25. Presionar GOTO para iniciar la rampa de calentamiento, con una velocidad de
1 oC/min (esta velocidad es la que permite el aparato), se encenderá el círculo al
lado derecho de la flecha del GOTO.
26. Observar la muestra, a través del ocular (que puede ser ajustado girándolo), y la
temperatura inicial y final de la fusión.
27. Anotar los datos en el diario de laboratorio. Dejar enfriar antes de otra
determinación.
120
Selector de voltaje (120 V o 240 V)
Fusible
Fuente de poder
Instrumento
Control de
fuente
principal
Electrothermal
FIGURA 9
Pinzas
Tornillo
Movimiento y ajuste del brazo
FIGURA 10
121
VI. 2. Determinación del Punto de Ebullición
28.
29.
30.
31.
32.
33.
34.
35.
36.
37.
Preparar un tubo de Thiele con glicerina (ver pasos 1 y 2).
Sellar por un extremo, un capilar con un mechero.
Colocar en un tubo Durham una o dos gotas de líquido.
Introducir el capilar sellado, “boca abajo”, dentro del tubo Durham.
Utilizando una banda de hule unir el tubo Durham con el termómetro. Ver figura
11.
Colocar el termómetro en el Tubo de Thiele, cuidar que la glicerina no entre al tubo
Durham.
Calentar el Tubo de Thiele (ver paso 7).
Calentar hasta que salga una corriente continua de burbujas del capilar (registrar
esta temperatura como t1).
Retirar el mechero, y observar cuando el líquido entra al capilar (registrar esta
temperatura como t2).
Reportar el intervalo de temperatura de ebullición t1 - t2.
Tubo Durham, con la muestra y el capilar sellado, unido al termómetro
FIGURA 11
122
VII. DIAGRAMA DE FLUJO
VII. 1. Punto de Fusión
VII. 1. 1. Punto de Fusión por el Método del Tubo de Thiele
1
2
Llenar el tubo de Thiele,
con glicerina, 1 cm
arriba de la salida al
brazo del tubo
3
Colocar el termómetro en
un tapón monohoradado
con un corte en forma de
cuña
Sellar un tubo capilar
con el mechero
3
2
1
5
6
4
Calentar el tubo de
Thiele con el mechero
en el brazo lateral del
tubo.
Controlar
la
velocidad
de
calentamiento
a 72
o
C/min
7
Unir el capilar al termómetro, mediante una
banda de hule y armar
equipo figura 5.
Observar y registrar la
temperatura
inicial y
final de la fusión. Anotar
los datos en el diario de
laboratorio
muestra
final
Introducir el sólido al
capilar
4
5,6
8
NO
Ejecutar los pasos del 3
al 7 de este diagrama
de fllujo
SI
8
FIN
VII. 1. 2. Punto de Fusión por el Método del Melt-Temp
1
2
Conectar el Melt-temp.
Debe tener instalado un
termómetro calibrado en
ese aparato
9
3
Preparar un capilar con
muestra y colocarlo en
las guías para muestra
10
Encender el aparato y
regular la velocidad de
calentamiento
a
2
o
C/min.
11
4
123
4
5
Observar la muestra y el
termómetro y registrar la
temperatura inicial y
final de la fusión. Anotar
los datos en el diario de
laboratorio
NO
muestra
final
Dejar enfriar el aparato
y repetir los pasos 2 al 4
de este diagrama
SI
12
FIN
VII. 1. 3. Punto de Fusión por el Método del Fisher-Johns
1
2
Calibrar el aparato.
Conectarlo y observar
que la toma de corriente
es especial
3
Preparar un “sandwich”
de la muestra pulverizada, entre dos
cubreobjetos
4
5
Anotar los datos en el
diario de laboratorio
18
15
14
13
6
Colocar el “sandwich”
sobre la depresión de la
platina de aluminio
Observar a través de la
lupa el intervalo de
fusión.
Encender el aparato y
regular la velocidad de
calentamiento
16
17
7
Muestra
final
NO
Repetir los pasos del 2
al 6
FIN
18
SI
FIN
124
VII. 1. 4. Punto de Fusión por el Método del Electrothermal
2
1
Conectar el aparato y
mover los tornillos
para ajustar el brazo
3
Encender la fuente
de poder y esperar
30 minutos
19,20
6
Preparar el capilar
con la muestra
22
21
5
Después de alcanzar
el SET POINT volver
a presionar GOTO
para iniciar la rampa
de calentamiento
4
Establecer el SET
POINT utilizando las
flechas y luego presionar GOTO
Colocar el capilar en
su lugar y otros dos
capilares para ocupar
los sitios vacíos
22
23,24
25
7
8
Observar y registrar
las temperaturas inicial y final
SI
Muestra
final
Anotar los datos en el
diario de laboratorio
27
26
NO
9
Seguir los pasos del
3 al 8 de este
diagrama
FIN
VII. 2. Punto de Ebullición. Método del Tubo de Thiele
3
2
1
Preparar un tubo de
Thiele con glicerina
28
Sellar
por
un
extremo, un capilar.
Colocar en un tubo
Durham una o dos
gotas de líquido
Introducir el capilar
sellado,
“boca
abajo”, dentro del
tubo Durham
31
29,30
4
125
4
5
Utilizar una banda de
hule para unir el tubo
Durham con el termómetro. Colocar el termómetro en el tubo
de Thiele, cuidar que
la glicerina no entre
al tubo Durham
32,33
6
Calentar el tubo de
Thiele. Calentar hasta que salga una
corriente continua de
burbujas del capilar,
registrar esta temperatura como t1.
Retirar el mechero, y
observar cuando el
líquido entra al capilar, anotar esta
temperatura como t2.
36
34,35
7
Anotar los resultados
en el diario de
laboratorio
SI
Muestra
final
37
NO
8
FIN
Nota:
Repetir los pasos del
2 al 7 de este
diagrama
Pasos correspondientes al VI. PROCEDIMIENTO
VIII. BIBLIOGRAFÍA
1.
Fuson, Reynold; Curtin David; Shriner, Ralph; Identificación Sistemática de
Compuestos Orgánicos, cuarta Reimpresión, Ed. Limusa, México p.40, 41 y 43,
1979.
2.
Pavia, Donald L., Lampam, Gary M. y Kriz Jr, Goerge S., Introduction to
Organic Laboratory Techniques a Contemporary Approach; tercera edición,
Saunders College Publishing, 1988.
3.
Electrothermal Serie IA9000. aparato digital para punto de fusión, Manual de
funcionamiento.
126
CUESTIONARIO
1.- Cuál es la utilidad del Punto de fusión en de muestra orgánica.
2.- Factores que determinan la fusión de un sólido.
3.- ¿Qué es una Mezcla eutéctica?.
4.- Haga un listado de 10 compuestos orgánicos líquidos e indique su
Punto de ebullición
5.- Como se corrige el punto de ebullición a diferente presión.
127
PRÁCTICA No. 9
ÍNDICE DE REFRACCIÓN
I. OBJETIVO
Determinar experimentalmente el índice de refracción de diferentes muestras de
líquidos orgánicos.
II. FUNDAMENTO
El índice de refracción (n) es una propiedad física muy útil, apoya la identificación de
sustancias y, además, puede ser usada como criterio de pureza de un líquido ya que la
medición es muy sensible a pequeñas impurezas que contenga el líquido analizado.
Cuando un rayo de luz incide en la superficie de un líquido, sufre cambios en velocidad
y en dirección, en el límite de interfase, estos cambios dependen de la temperatura y de
la longitud de onda de la luz. El índice de refracción de un líquido es precisamente la
relación entre la velocidad con que viaja el rayo de luz en el aire con respecto a aquella
con que viaja el rayo de luz en el medio. También se puede expresar el índice de
refracción como la relación del seno del ángulo de incidencia de un rayo de luz en el
aire, con respecto al seno del ángulo de refracción en el líquido (ver figura 1). Lo
anterior también se cumple si el medio es un sólido transparente.
El índice de refracción es denotado por la letra n utilizando un superíndice que indica a
qué temperatura se realizó la medición y un subíndice para indicar la longitud de onda
de la luz monocromática usada en la medición. Usualmente la luz usada es la
correspondiente a la llamada “línea D del sodio” que corresponde a 589 nm (1 nm = 10-9
m); en este caso una letra D aparecerá como subíndice.
Vaire
=
c
naire
c
Vmedio =
nmedio
Donde:
c = velocidad de la luz en el vacío
Vaire = velocidad de la luz en el aire
Vmedio = velocidad de la luz en el medio (líquido o sólido)
naire = 1
128
Por lo tanto, el índice de refracción (n) de un sólido o líquido sería:
n =
Vaire
n=
Vmedio
sen θ
sen φ
Donde:
θ - ángulo de incidencia del rayo de luz en el aire
φ - ángulo de refracción del rayo de luz en el medio (líquido o sólido)
Vaire
θ
Vmedio
φ
El Índice de refracción
FIGURA 1
Es mucho más común medir el índice de refracción respecto a algún medio distinto del
vacío; con este objeto se emplea a menudo el aire como referencia. Afortunadamente,
el cambio en el índice de refracción del aire con la temperatura y la presión es muy
pequeño.
Un índice de refracción nD medido respecto al aire, con la línea D del sodio puede
convertirse en nvacío con la ecuación:
nvacío = 1.00027 nD
No es posible medir directamente los ángulos de incidencia y de refracción, por lo que
se han desarrollado sistemas ópticos especiales que dependen del ángulo crítico de
reflexión en el límite del líquido con un prisma de vidrio de índice de refracción
conocido. El ángulo crítico se define como el ángulo de refracción en un medio cuando
el ángulo de la radiación incidente es de 90 grados.
El refractómetro tipo Abbe opera sobre este principio. Las ventajas de este
refractómetro son:
129
• Puede determinar los nD para una gran variedad de muestras líquidas y sólidas
debido a su amplio intervalo de trabajo 1.30 a 1.71 nD.
• Para iluminar la muestra se puede usar una fuente de luz blanca ya que el sistema
da el índice de refracción para la línea D del sodio.
• Solo se requiere unas gotas de líquido
• Tiene incorporado un control de temperatura de los prismas y de la muestra
• Los prismas compensadores de Amici permiten la determinación de la dispersión
específica7.
Una de las desventajas que presenta este refractómetro es la de no poder usarse con
muestras que dañan el material de los prismas, como líquidos corrosivos tales como
ácidos y bases, o con aquellos que afectan la resina que fija los prismas a la estructura
metálica.
III. EQUIPO
• Refractómetro tipo Abbe, marca Milton Roy, modelo ABBE-3L, con termómetro
acoplado (0 - 100 oC)
• Baño de control de temperatura constante
IV. MATERIAL
•
•
•
•
•
Goteros de plástico o pipetas beral
Pizeta (1)
Algodón (1 trozo)
Tubos de ensayo de 13X 100 o 18x150
Vidrio para calibración (nD20=1.5125)
V. REACTIVOS
• Agua destilada
• Muestras líquidas (tolueno, isopropanol, nitrobenceno, 1-butanol,
benzaldehído, ciclohexanona, propanol)
ciclohexano,
VI. PROCEDIMIENTO
1.
2.
3.
Encender el sistema de control de temperatura del refractómetro.
Esperar a que el termómetro marque 20 ± 0.2 oC.
Encender la lámpara moviendo el control de encendido hacia arriba. (ver figura 2)
130
OCULAR
CONTROL DE
ENCENDIDO
Vista lateral izquierda
FIGURA 2
4.
5.
Levantar el prisma superior del refractómetro (ver figura 6).
Limpiar* los prismas utilizando un trozo de algodón impregnado con agua
desmineralizada o isopropanol, secar los prismas.
6.
Colocar en el centro del prisma inferior 2 o 3 gotas de agua desionizada o
destilada, utilizando una gotero de plástico (no usar aplicadores de vidrio o
metal). Asegurar que la cantidad de muestra usada llene completamente el
espacio entre los dos prismas.
7.
Bajar el prisma superior y observar por el ocular (ver figura 2); identificar las 2
zonas que aparecen en el campo visual (ver figura 4).
8.
Girar el control manual (ver figura 6) hasta obtener una línea clara y definida
9.
Girar el control manual hasta que la línea límite (1 en la figura 4) coincida con la
intersección o retículo (2 en la figura 4) de las líneas cruzadas de la zona de
refracción.
10. Mover y sostener el control de encendido hacia abajo para observar a través del
ocular las escalas de medición (ver figura 5).
11. Leer el índice de refracción en la correspondiente escala y anotarlo hasta la
milésima cifra en el diario del laboratorio.
12. Repetir la medición del índice de refracción 4 veces más centrando la línea límite
de reflexión desde arriba y desde abajo de las líneas en cruz. La precisión del
valor del índice debe ser ± 0.0001. Se debe obtener un valor de 1.333. Si se
obtiene un valor diferente a 1.333 continuar en el paso 18. Termina verificación.
131
DETERMINACIÓN DEL nD DE MUESTRAS LIQUIDAS
13. Separar y limpiar los prismas utilizando un trozo de algodón impregnado con
isopropanol o agua desmineralizada, secar los prismas.
14. Colocar en el centro del prisma inferior 2 o 3 gotas del líquido problema, utilizando
un gotero de plástico (no usar aplicadores de vidrio o metal). Asegurar que la
cantidad de muestra usada llene completamente el espacio entre los dos prismas.
15. Ejecutar los pasos 7 a 11
16. Repetir la medición del índice de refracción 4 veces más centrando la línea límite
de reflexión desde arriba y desde abajo de las líneas en cruz. Calcular el
coeficiente de variación de la medición y anotarla en el diario de laboratorio.
17. Ejecutar los pasos 12 a 16 para otros 3 líquidos problema. Continuar en el paso
29.
CALIBRACION
18. Encender el sistema de control de temperatura del refractómetro.
19.
Esperar a que el termómetro marque 20 ± 0.2 oC.
20. Encender la lámpara moviendo el control de encendido hacia arriba. (ver figura
2)
21. Colocar en el centro del prisma inferior 1 gota de 1-bromonaftaleno, utilizando un
gotero de plástico (no usar aplicadores de vidrio o metal).
22. Colocar el vidrio de calibración sobre la gota del 1-bromonaftaleno con el extremo
pulido hacia la iluminación.
23. Mover el vidrio de calibración para dispersar completamente el área de contacto.
No permitir exceso de 1-bromonaftaleno en los bordes.
24. Colocar y sostener el control de encendido de la lámpara hacia abajo y usar el
control manual para fijar la escala de índices al valor grabado en el vidrio de
calibración (nD = 1.5125). Enfocar el ocular para obtener una mejor definición del
retículo y la escala.
25. Mover el control de encendido hacia arriba y colocar el brazo de la lámpara (ver
figura 6) para lograr un mejor contraste y definición en la línea límite de reflexión
(1 en la figura 4).
26. Girar el disco compensador (ver figura 6) hasta que la sección acromática de la
línea límite de reflexión esté centrada en la marca del retículo vertical.
27. Usar el control manual para centrar la línea límite de reflexión exactamente en el
retículo.
28. Colocar y sostener el control de encendido de la lámpara hacia abajo y anotar el
valor del índice de refracción. Debe coincidir con el valor grabado en el vidrio de
calibración.
29. Repetir la medición del paso 4 veces más centrando la línea límite de reflexión
desde arriba y desde abajo de las líneas en cruz. La precisión del valor del índice
debe ser ± 0.0001. Continuar en el paso 13. Si el valor del índice no coincide con
el esperado, continuar en el paso 30.
132
30. Insertar una llave inglesa, mover el tornillo (ver figura 3) que se encuentra al lado
del control manual y ajustar la escala al valor esperado del vidrio de calibración.
31. Finalizar el procedimiento
*Nota: El sello de los prismas es una resina epoxi, por lo cual para limpiar los
prismas no deben usarse los siguientes solventes: N,N-Dimetilformamida, fenoles,
cresoles, soluciones de ácido acético, N,N-dimetilacetamida, tetrahidrofurano,
acetato de metilo, acetato de vinilo, thiner.
CONTROL
MANUAL
Vista lateral derecha
FIGURA 3
TORNILLO
Vista lateral derecha
FIGURA 3
Vista de la reflexión total
FIGURA 4
133
1. Escala de índice de
refracción
2. Escala de sólidos
totales disueltos
3. Retículo dual
Vista de escalas
FIGURA 5
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
Lámpara de iluminación
Caja del prisma superior
Prisma de medición
Caja del prisma inferior
Bisagra
Disco compensador
Termómetro
Tubo de entrada de agua
Componentes del refractómetro
FIGURA 6
134
VII. DIAGRAMA DE FLUJO
Verificación
2
1
Encender el sistema de
control de temperatura
del
refractómetro
y
esperar
a
que
el
termómetro marque 20 ±
0.2 oC
1,2
3
Encender la lámpara
moviendo el control de
encendido hacia arriba.
Levantar el prisma
superior del
refractómetro, limpiar y
secar los prismas
6
5
Escribir el valor nD,
hasta la milésima cifra,
en
el
diario
del
laboratorio. Repetir la
medición del nD 4 veces
más centrando la línea
límite de reflexión desde
arriba y desde abajo de
las líneas en cruz.
11,12
Colocar en el prisma
inferior 2 o 3 gotas de
agua desionizada.
6
3,4,5
Girar el control manual
hasta que la línea límite
coincida con la
intersección de las
líneas cruzadas en la
zona de refracción.
Mover el con-trol de
encendido hacia abajo y
observar las escalas de
8,9,10
medición
4
Bajar el prisma superior
y observar por el ocular.
Identificar las 2 zonas
que aparecen en el
campo visual. Girar el
control manual hasta
obtener una línea clara y
definida
7
Determinación del nD de muestras líquidas
7
SI
20
nD = 1.333
8
Separar y limpiar los
prismas con un trozo de
algodón impregnado con
un solvente adecuado.
Secar los prismas
Colocar en el prisma
inferior 2 o 3 gotas del
líquido problema
14
NO
13
18
10
FIN
9
Ejecutar los pasos 7 a 9
de este diagrama para las
demás muestras líquidas
16,17
Ejecutar los pasos 4 a
6 de este diagrama
15
135
calibración
11
13
12
Ejecutar el paso 2 de
este diagrama
Colocar en el prisma
inferior una gota de 1bromonaftaleno
18, 19,20
Colocar sobre el 1-bromo
Naftaleno el vidrio de
calibración con la parte
pulida hacia la iluminación
21
22
15
14
Mover
vidrio
de
calibración para dispersar
completamente
el
1bromonaftaleno;
no
permitir exceso de éste
en los bordes.
23
Mantener el control de encendido de la lámpara hacia
abajo y usar el control
manual para fijar la escala de
índices al valor grabado en el
vidrio de calibración (nD =
1.5125).
18
19
Usar el control manual
para centrar la línea límite
de reflexión exactamente
en el retículo.
27
16
24
Girar el disco compensador
hasta
que
la
sección
acromática de la línea límite
de reflexión esté centrada en
la marca del retículo vertical.
26
20
Enfocar el ocular
para obtener una
mejor definición del
retículo y la escala.
24
17
Mover el control de
encendido hacia arriba
y colocar el brazo de
la lámpara para lograr
un mejor contraste y
definición en la línea
límite de reflexión
25
21
Colocar y sostener el
control de encendido de
la lámpara hacia abajo y
anotar el valor del índice
de
refracción.
Debe
coincidir con el valor
grabado en el vidrio de
calibración.
Repetir la medición nD 4
veces más centrando la
línea límite de reflexión
desde arriba y desde abajo
de las líneas en cruz.
29
NO
20
nD = 1.5125
22
SI
23
28
22
Insertar una llave inglesa,
mover el tornillo que se
encuentra al lado del control
manual y ajustar la escala
al valor esperado del vidrio
de calibración.
30
23
Ejecutar los pasos 7 a 10 de
diagrama de determinación
de muestras.
29
Pasos correspondientes
al VI. PROCEDIMIENTO
136
VIII. BIBLIOGRAFIA
1. Fuson, Reynold; Curtin David; Shriner, Ralph; Identificación Sistemática de
Compuestos Orgánicos, cuarta reimpresión, Limusa, México 1979.
2. Scoog, D.A. y West, D.M.; Análisis Instrumental, segunda edición, Nueva McGraw
Hill, 1990.
3. Weissberger, A.; Physical Methods of Organic Analysis, Vol. 1, Part 2, Capítulo
18.
4. Lagowsky, Joseph J.; Laboratory Experiments in Chemistry, D. Van Nostrand,
1977.
5. Vogel, Arthur I.; Elementary Practical Organic Chemistry, Part 2, Qualitative
Organic Analysis, Longman, segunda Edición, 1966.
6. Pavia, Donald L. Lampam, Gary M. y Kriz Jr, Goerge S.; Introduction to Organic
Laboratory Techniques a Contemporary Approach; tercera edición, Saunders
College Publishing, 1988.
7. Fuson, Reynold; Curtin David; Shriner, Ralph; Identificación Sistemática de
Compuestos Orgánicos, cuarta reimpresión, Limusa, México, p. 65-66, 1979.
137
CUESTIONARIO
1.- Elabore una lista con las muestras proporcionadas indicando su índice de refracción.
2.- ¿Que es índice de refracción y como se determina?
3.- Escriba al menos tres diferentes tipos de refractómetros que se pueden utilizar para
la determinación de índice de refracción
138
APÉNDICE A
FACULTAD DE CIENCIAS QUÍMICAS
REGLAMENTO GENERAL DE LABORATORIOS
1.
Es responsabilidad de la administración de cada laboratorio mantenerlo en
condiciones adecuadas de Seguridad, Salud y Orden.
2.
Antes de iniciar las prácticas, el maestro inspeccionará las condiciones físicas del
laboratorio y, de encontrar situaciones que representen riesgo grave, deberá
reportar dicha situación al Jefe de Laboratorio y/o asistente o auxiliar del mismo,
para que sea corregida, en caso de que no exista la posibilidad de atención
inmediata, la práctica será suspendida.
3.
Si durante la práctica surgiera una condición que ponga en riesgo grave la
Seguridad y Salud de las personas, equipos, materiales o instalaciones se
procederá a suspender la práctica debiendo informar de la situación al Jefe de
Laboratorio y/o al asistente o auxiliar del mismo, elaborando el reporte por escrito
correspondiente.
4.
Los alumnos solo podrán trabajar en el horario asignado a su práctica, registrado
en el Departamento de Servicios Escolares, con la presencia del maestro titular.
En ausencia del maestro, la práctica no podrá ser realizada. En caso de
requerirse sesión (es) extraordinaria (s), el maestro deberá solicitar por escrito la
autorización de la (s) misma (s) al Jefe de Laboratorio y/o al asistente del mismo
y éste otorgará el permiso acorde con la disponibilidad de las instalaciones.
5.
Se deberá cumplir y respetar la calendarización de prácticas fijada y autorizada
por la Jefatura de la Carrera. Así mismo, se deberá efectuar las prácticas
establecidas por sesión, permitiéndose cuando sea necesario, a juicio del
maestro, efectuar cambios en la programación de las mismas, notificando por
escrito al jefe de laboratorio y/o asistente o auxiliar, y este otorgará la
autorización acorde a la disponibilidad del laboratorio.
6.
El maestro deberá cumplir con el uso del equipo de protección personal básico
de laboratorio; también es responsabilidad del maestro verificar que antes de
iniciar la práctica, todos los alumnos cuenten con su equipo de protección
personal básico: lentes de seguridad, bata larga de algodón, pantalón de algodón
(preferentemente) y zapato cerrado, debiendo encontrarse el equipo en buenas
condiciones. El alumno que no cumpla con los requisitos anteriores; no podrá
realizar la práctica.
7.
El maestro deberá asegurarse que los alumnos utilicen adecuadamente el equipo
de protección personal durante el desarrollo de la práctica. El maestro llevará un
registro de los alumnos que sean observados sin usar su equipo de protección
personal o usándolo de maneras inadecuada, cada registro contará como una
falta al Reglamento General de Laboratorios. La acumulación de 4 faltas al
139
Reglamento General de Laboratorios, implica una suspensión para el alumno de
la práctica en el semestre y la no-acreditación de la misma.
8.
En lo referente al abastecimiento, consumo y desecho de reactivos o sustancias,
se deberá cumplir con las siguientes disposiciones: Los reactivos son
proporcionados por la institución, por lo que se pide a los administradores de los
laboratorios, maestros y alumnos, hacer uso racional de los mismos, utilizando
solo lo necesario, evitando el desperdicio. Cumplir con el procedimiento para el
almacenaje y disposición de sustancias químicas, el cual se encuentra publicado
en los laboratorios de la institución e incluido en todos los manuales de prácticas.
9.
El maestro deberá permanecer en el laboratorio durante todo el desarrollo de la
práctica.
10.
Es necesario por procedimiento de riesgo de asistencia, que el maestro
permanezca en un lugar visible.
11.
Por razones de seguridad y orden esta prohibido en el laboratorio:
•
Correr.
•
Utilizar lenguaje obsceno o palabras altisonantes.
•
Hacer bromas.
•
Introducir radiograbadoras, audífonos o radios.
•
Ingerir alimentos o bebidas.
•
Fumar.
• Ingreso de personas ajenas a la institución o al grupo que desarrolla la
práctica.
• Uso de zapatos de tacones de altura superior a 4cm. o zapato
abierto.
• Cabello largo (las personas con esta característica deberán recoger su
cabello y sujetarlo adecuadamente, como medida de prevención para
evitar contacto con el fuego o sustancias peligrosas).
•
Uso de shorts o bermudas.
•
Y en general todo acto y/o conducta que incite al desorden.
Cualquier violación a lo establecido en este punto como una falta al Reglamento
General de Laboratorios.
12.
Toda persona tiene la obligación de reportar por escrito los actos y/o
condiciones inadecuadas al responsable inmediato superior, utilizando para ello
el formato de "Informe de Actos y Condiciones".
13.
Todo alumno que sufra una lesión deberá reportarla al maestro encargado de la
práctica y de no encontrarse éste, deberá dirigirse con el Jefe de Laboratorio y/o
asistente del mismo.
140
14.
Todo empleado que sufra una lesión deberá reportarla a su jefe inmediato.
15.
Todo accidente ocurrido en los laboratorios deberá ser atendido para su control,
por la primera persona capacitada y enterada de la situación.
16.
Todo accidente ocurrido en los laboratorios deberá ser investigado acorde con lo
establecido en el Procedimiento de Investigación de Accidentes de la Facultad.
17.
Al término de la práctica el maestro será responsable de supervisar que los
alumnos ordenen y limpien su lugar de trabajo, asegurando que el laboratorio
sea entregado a la administración del laboratorio, en las mismas condiciones que
lo recibieron, para asegurarse de que se cumplan con éste lineamiento, maestro
y auxiliar (o jefe de laboratorio) realizarán un recorrido de inspección, registrando
la misma en el formato correspondiente.
18.
La persona que se presente bajo el influjo de alcohol o drogas, que incurra en
actos de violencia, daño a la propiedad intencional, negligencia o tome objetos o
valores sin autorización, será reportado de manera inmediata ante la H. Comisión
de Honor y Justicia de la Junta Directiva de la Facultad de Ciencias Químicas,
quien tomará las acciones correspondientes al caso.
19.
El Reglamento General de Laboratorio en su totalidad, es aplicable a maestros y
en general a todo personal integrante de la institución.
20.
Todo lo no contemplado en el Reglamento, será válido por el comité de
Seguridad y Salud de la Institución.
141
APÉNDICE B
DISPOSICIÓN DE RESIDUOS
ETIQUETAS DE LOS CONTENEDORES
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
CONTENEDOR A
Solución salina PH 6 – 8 •
Sales inorgánicas
•
Ácidos inorgánicos
Ácidos orgánicos
Bases inorgánicas
CONTENEDOR B
Sólidos inorgánicos
Sales inorgánicas
CONTENEDOR D
Tóxicos e inflamables
•
Solventes orgánicos
•
Bases
orgánicas
y
amidas
Solventes orgánicos
CONTENEDOR G
Combinaciones
•
orgánicas sólidas
CONTENEDOR E
Muy tóxico
Cancerígeno orgánico
•
•
•
•
•
CONTENEDOR C
Tóxicos e inflamables
Solventes orgánicos
Bases
orgánicas
y
aminas
Solventes
orgánicos
halogenados
CONTENEDOR F
Sales
de
metales
preciosos
CONTENEDOR H
Oxidantes
PRÁCTICA No. 1
EXTRACCIÓN
Reactivo y/o Producto
NaOH 20% ,Neutralizar con H2SO4 20%
HCl concentrado, neutralizar con NaOH 20%
Na2SO4
CaCl2
Cloruro de metileno destilado
Zacate de limón extraído
Contenedor
A
A
B
B
Entregar a auxiliar
Bote de basura
142
PRÁCTICA No. 2
CRISTALIZACIÓN
Reactivo y/o Producto
Metanol
Etanol
Ac. Acético, Neutralizar con NaOH 20%
Acetona
Éter etílico
Éter de petróleo
Cloroformo
Agua- etanol
Contenedor
C
C
A
C
C
C
D
C
PRÁCTICA No. 3
DESTILACIÓN SIMPLE Y FRACCIONADA A PRESIÓN NORMAL Y
PRESIÓN REDUCIDA
Reactivo y/o Producto
Muestras destiladas
Acetona
MgSO4
Na2SO4
Contenedor
Entregar al auxiliar
C
B
B
PRÁCTICA No. 4
DESTILACIÓN POR ARRASTRE CON VAPOR
Reactivo y/o Producto
Diclorometano
Na2SO4
Clavos de olor
Fase acuosa
Contenedor
D
B
Bote de basura
drenaje
143
PRÁCTICA No. 5
ANÁLISIS ELEMENTAL CUALITATIVO
Reactivo y/o Producto
Sodio metálico
Acetato de plomo 1%
Sulfuro de plomo
Sulfato ferroso amónico
Soluciones ácidas, neutralizar
Soluciones alcalinas, neutralizar
Haluros de plata
Cloroformo
Agua de cloro (Chlorox)
Persulfato de potasio
Azul de Prusia
Contenedor
Entregar al auxiliar
E orgánico
E inorgánico
B
A
A
F
D
C
B
E orgánico
PRÁCTICA No. 6
ANÁLISIS FUNCIONAL ORGÁNICO
Reactivo y/o Producto
Ác. Sulfúrico, neutralizar
Ác. Sulfúrico fumante, neutralizar
Sulfato de sodio
Tricloruro de aluminio y cloroformo (líquido)
Tricloruro de aluminio y cloroformo (sólido)
Bromo en cloroformo , prueba positiva
Bromo en cloroformo , prueba negativa
Permanganato, prueba positiva
Permanganato, prueba negativa
Soln. de acetiluros con Ác. Nítrico, neutralizar
Ác. Clorhídrico/Cloruro de Zinc, neutralizar
Nitrato cérico
2,4-dinitrofenilhidrazina, prueba positiva, sólido
2,4-dinitrofenilhidrazina, prueba negativa
Contenedor
C
C
B
D
E orgánico
D
H
B
H
AoF
A
E orgánico o H
G
E orgánico o H
PRÁCTICA No. 7
144
CROMATOGRAFÍA
Reactivo y/o Producto
Éter etílico
Acetona
Hexano
Metanol
Etanol
Butanol-acetato de etilo
Contenedor
C
C
C
C
C
C
PRÁCTICA No. 8
PUNTOS DE FUSIÓN Y EBULLICIÓN
Reactivo y/o Producto
Muestras – problema
Contenedor
Entregar al auxiliar
PRÁCTICA No. 9
ÍNDICE DE REFRACCIÓN
Reactivo y/o Producto
Muestras - problema
Contenedor
Entregar al auxiliar
145