UNIVERSIDAD MAYOR FACULTAD DE MEDICINA Carrera de Tecnología Médica

LABORATORIO DE Química Orgánica

2011

Profesoras:

Maribel Arnes. Gabriela Cornejo B.

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Laboratorio Nº1 COMBUSTIÓN Y SOLUBILIDAD DE COMPUESTOS ORGÁNICOS I.- Introducción A) Combustión En general, los compuestos inorgánicos no presentan combustión, sólo colorean la llama, sobre todo si se trata de elementos de transición (los últimos electrones están en los orbitales d1→10), los cuales emiten espectros característicos para cada uno de ellos, pero su apariencia física permanece prácticamente inalterada. A continuación se presentará una tabla con los espectros más representativos de algunas sales. Sales Litio Sodio Potasio Calcio Cobre Mercurio

Color de la Llama Carmesí Amarillo-Anaranjado (muy intenso) Anaranjado Rojo ladrillo Azul verdoso Violeta intenso

Los compuestos orgánicos tienen una propiedad común que los distingue de otras sustancias, todos ellos presentan combustión. La combustión puede ser completa (producen al arder dióxido de carbono, agua y desprenden energía en forma de calor) o incompleta (producen al arder monóxido de carbono, carbono, agua y energía en forma de calor). − Combustión Completa:

Compuestos Orgánicos + O2 → CO2 + H2O + calor − Combustión Incompleta:

Compuestos Orgánicos + O2 → CO + C + H2O + calor Se puede obtener una valiosa información al observar cuando estos compuestos se queman. • Color de la llama: el color de la llama que da una sustancia determinada es característico. En la siguiente tabla se resume el tipo de combustión originada por algunos compuestos orgánicos. Tipo de Compuesto Compuestos aromáticos; compuestos insaturados o alifáticos de alta Masa Molar Compuestos alifáticos de baja Masa Molar Compuestos con oxígeno Compuestos halogenados Compuestos polihalogenados

Hidratos de Carbono y Proteínas

Observación Llama Anaranjada

Ejemplo Tolueno

Llama Amarilla

Hexano

Llama clara azulosa Llama humeante No combustionan si son colocados directamente sobre la llama Olor característico

AUTORES: Alejandra Moreno O.; Ximena Arias I.; Roberto Bravo M.

Etanol Yoduro de metilo Cloroformo

Sacarosa

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• Naturaleza de la combustión: la naturaleza de la combustión puede ser: instantánea, lenta o explosiva. Una combustión rápida o instantánea indica un alto contenido de hidrógeno y una combustión explosiva indica la presencia de grupos oxidantes y reductores, es decir, están presentes en la molécula grupos nitro (NO2) • Naturaleza del residuo: la naturaleza del residuo, si se presenta después de la combustión también nos aporta información. i. Si el residuo se infla (formación de un globo) indica la presencia de un hidrato de carbono (Ejemplo: azúcar de mesa). ii. Si el residuo es inicialmente negro y desaparece por un posterior calentamiento a altas temperaturas (recombustión), entonces el residuo es carbono. iii. Si el residuo es inicialmente negro, pero cambia a café o gris indica la presencia de un óxido o un metal pesado acompañando al compuesto orgánico.

B) Solubilidad Es indudable que las propiedades físicas (el estado físico, viscosidad, conductividad térmica y eléctrica, solubilidad, etc.) de los diversos tipos de sustancia es consecuencia de su estructura. La experiencia indica que son numerosos los procesos químicos que tienen lugar en solución. Incluso las reacciones bioquímicas de gran importancia tienen lugar en solución, siendo el agua el disolvente por excelencia. Una solución es un sistema homogéneo, constituido por dos o más componentes. Se entenderá por un sistema homogéneo, aquel en que las propiedades y la composición son idénticas en todo el sistema. Como esta definición no restringe en modo alguno la naturaleza de las sustancias requeridas, se pueden considerar seis tipos fundamentales de solución, dependiendo del estado (sólido, líquido, gaseoso) de los componentes de la disolución (tabla Nº1). Siendo, las soluciones más interesantes las sólido-líquido y líquido-líquido. Tabla Nº1: Tipos de soluciones Componente 1 Gas Gas Gas Líquido Sólido Sólido

Componente 2 Gas Líquido Sólido Líquido Líquido Sólido

Ejemplo Aire Agua mineral H2 en paladio Etanol en agua Suero fisiológico Soldadura (Estaño-plomo)

Hay tres factores básicos que afectan la solubilidad, y estos son: • La presión • La temperatura • La naturaleza del soluto y del solvente. La Ley de Henry establece que la solubilidad de los gases en líquidos aumenta a medida que se incrementa la presión a temperatura constante. Del mismo modo, al aumentar la temperatura y mantener la presión constante la solubilidad de un gas disminuye.

AUTORES: Alejandra Moreno O.; Ximena Arias I.; Roberto Bravo M.

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Las soluciones líquido-líquido y sólido-líquido no se ven afectadas por la presión, sin embargo, la temperatura es un factor relevante en estas soluciones, debido a que si la reacción es endotérmica la solubilidad aumenta al ascender la temperatura, en caso contrario, cuando el proceso es exotérmico la solubilidad disminuye al ascender la temperatura. Conocer la naturaleza química del soluto y del solvente es fundamental, pues le permite predecir la solubilidad de una sustancia. Cuando la naturaleza del soluto y del solvente es de polaridad similar (sus estructuras son semejantes), se dice que las sustancias son solubles, en caso contrario son insolubles. Por ejemplo, etanol y agua son completamente solubles en toda proporción (miscibles), ambos son polares; benceno y agua son insolubles en toda proporción (inmiscibles), el benceno es apolar y el agua es polar. Para conocer la polaridad de un compuesto se prueba su solubilidad en diferentes solventes tales como agua (polar), acetona (polaridad intermedia) y éter de petróleo (apolar). Una vez establecido su grado de solubilidad, mediante la regla “lo semejante disuelve lo semejante” se puede a través de la siguiente tabla obtener la polaridad de una determinada sustancia. Compuesto

A B C D E F

Solubilidad en agua (polar) Soluble Insoluble Soluble Insoluble Soluble Insoluble

Solubilidad en acetona (polaridad intermedia) Insoluble Insoluble Soluble Soluble Soluble Insoluble

Solubilidad en éter de petróleo (apolar) Insoluble Soluble Insoluble Soluble Soluble Insoluble

Polaridad del compuesto Polar Apolar Medianamente polar Medianamente apolar Intermedia Indeterminada

Algunas reglas para la solubilidad de compuestos orgánicos en agua. 1. La presencia de más de una unidad polar en un compuesto incrementa su solubilidad. 2. Los compuestos orgánicos con cadenas ramificadas tienen mayor solubilidad que su contra parte de cadena lineal. 3. Cualquier grupo funcional capaz de formar puente de hidrógeno con el agua, si constituye la interacción intermolecular predominante del sistema, tiende a ser soluble en agua. 4. La presencia de cloro, aunque le da un carácter levemente polar al enlace C-Cl, no le otorga solubilidad en agua al compuesto. Así, compuestos como el diclorometano (CH2Cl2), cloroformo (CHCl3) y tetracloruro de carbono (CCl4) son solventes apolares típicos para la extracción de compuestos orgánicos.

II.- Objetivos − Diferenciar un compuesto inorgánico de un compuesto orgánico utilizando el proceso de combustión. − Determinar la solubilidad de diversos compuestos orgánicos. − Conocer y observar algunos factores que influyen en la solubilidad de sólido-líquido y líquidolíquido. − Identificar una Muestra Problema a través de métodos físicos (solubilidad) y químicos (combustión).

AUTORES: Alejandra Moreno O.; Ximena Arias I.; Roberto Bravo M.

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III.- Parte Experimental. A) Combustión de sólidos a) Tome una pequeña cantidad de las siguientes muestras sólidas: sulfato de bario, ácido salicílico y glucosa. Utilice la espátula de combustión. b) Caliente sobre el mechero, usando la llama oxidante, de tal manera que la llama no esté en contacto directo con la muestra sólida. TRABAJE BAJO CAMPANA. c) Enfríe y limpie con una virutilla la espátula antes de utilizarla con otra muestra, repitiendo cada vez el mismo procedimiento. d) Registre sus observaciones en la siguiente tabla.

Muestra Sólida

Color de la Llama

Glucosa

Naturaleza del Residuo

Observación:

Observación:

Conclusión:

Conclusión:

Conclusión:

Observación:

Observación:

Observación:

Conclusión:

Conclusión:

Conclusión:

Observación:

Observación:

Observación:

Conclusión:

Conclusión:

Conclusión:

Sulfato de bario Observación:

Ácido salicílico

Naturaleza de la Combustión

B) Solubilidad 1.- Solubilidad sólido-líquido a) Coloque en un tubo de ensayo limpio y seco, una puntita de espátula de los siguientes sólidos: Tubo 1: naftaleno Tubo 2: glucosa Tubo 3: ácido salicílico b) Agregue a cada tubo 3,0 mL de agua destilada, agite y observe. c) Solo si el solvente es agua y la muestra fue insoluble a temperatura ambiente, entibie los tubos en un baño de agua a 100 °C por un minuto agite con precaución y observe. AUTORES: Alejandra Moreno O.; Ximena Arias I.; Roberto Bravo M.

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d) Registre todas sus observaciones en la siguiente tabla. e) Repita el procedimiento con los siguientes solventes: acetona y éter de petróleo.

Muestra Sólida (1 puntita de espátula)

Agua dest. (3,0 mL) (Tº amb.)

Agua dest. (baño a ebullición)

Acetona (3,0 mL) (Tº amb.)

Éter de Petróleo (3,0 mL) (Tº amb.)

Polaridad de la muestra

naftaleno glucosa ácido salicílico

2.- Solubilidad líquido-líquido a) Coloque en un tubo de ensayo limpio y seco, 0,5 mL de cada uno de los siguientes líquidos: Tubo 1: etanol Tubo 2: hexano b) Agregue a cada tubo 3,0 mL de agua destilada, agite y observe. c) Registre todas sus observaciones en la siguiente tabla. d) Repita el procedimiento con los siguientes solventes: acetona y éter de petróleo. Muestra Liquida (0,5 mL)

Agua dest. (3,0 mL) (Tº amb.)

Acetona (3,0 mL) (Tº amb.)

Éter de Petróleo (3,0 mL) (Tº amb.)

Polaridad de la muestra

etanol hexano

C) Muestra Problema Pida a su profesor una Muestra Problema y, a través de las reacciones que usted aprendió en este laboratorio, determine la naturaleza física y química de su muestra.

AUTORES: Alejandra Moreno O.; Ximena Arias I.; Roberto Bravo M.

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Laboratorio N°2 PROPIEDADES FÍSICAS Y QUÍMICAS DE HIDROCARBUROS Y ALCOHOLES I.- Introducción A) Hidrocarburos Los hidrocarburos son compuestos orgánicos cuyas estructuras moleculares están constituidas exclusivamente por carbono e hidrógeno. El petróleo y los gases naturales constituyen la principal fuente de hidrocarburos. El metano (CH4), que es el hidrocarburo más simple, se encuentra en las minas de carbón de piedra, en pantanos y pozos de petróleo, y combinado con el aire constituye una peligrosa mezcla explosiva llamada gas Grisú de las minas de carbón.

Desde el punto de vista de su estructura, los hidrocarburos pueden clasificarse en tres grandes categorías: 1) Hidrocarburos alifáticos Conocidos como hidrocarburos acíclicos, están formados por cadenas de átomos de carbono abiertas. Las cadenas de átomos de carbono que se forman pueden ser lineales o ramificadas, dando origen a: *

Hidrocarburo alifático lineal: Butano CH3-CH2-CH2-CH3 (C4H10)

*

Hidrocarburo alifático ramificado: 2-metilpropano CH3-CH-CH3 (C4H10) CH3

2) Hidrocarburos cíclicos Están formados de átomos de carbono encadenados, dando origen a uno o varios anillos, ejemplo: • Hidrocarburo cíclico no ramificado: (C4H8)

Ciclobutano • Hidrocarburo cíclico ramificado: CH3 (C5H10)

Metilciclobutano

3) Hidrocarburos aromáticos AUTORES: Alejandra Moreno O.; Ximena Arias I.; Roberto Bravo M.

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Estos compuestos llevan los carbonos unidos en forma de cadenas cerradas, en general, son anillos de seis miembros en los cuales se alternan enlaces simples y dobles.

CH3 (C6H6)

Benceno

(C6H5CH3)

Tolueno (metilbenceno)

La unión entre átomos de carbono puede hacerse mediante enlaces simples, dobles o triples, de esta manera podemos encontrar: • Hidrocarburos saturados: compuestos en los cuales el átomo de carbono sólo presenta hibridación sp3 y, por lo tanto, enlaces covalentes simples. • Hidrocarburos insaturados: compuestos en los cuales, a lo menos, dos átomos de carbono presentan: i) hibridación sp2 y, por lo tanto, enlaces covalentes dobles. ii) hibridación sp y, por lo tanto, enlaces covalentes triples. Los alcanos y cicloalcanos son hidrocarburos saturados que poseen sólo enlaces simples, en los cuales cada átomo de carbono está unido a cuatro átomos. Son relativamente estables frente a reacciones químicas y por ello, en general, se utilizan en el laboratorio como disolventes inertes. Los alquenos y cicloalquenos son hidrocarburos insaturados que poseen uno o varios dobles enlaces carbono-carbono. Son reactivos importantes en el laboratorio y en la industria, debido a que no contienen el número máximo de átomos que cada carbono es capaz de acomodar. Los alquinos son hidrocarburos insaturados que poseen uno o varios triples enlaces carbonocarbono. A menudo se les denomina acetilenos y sufren reacciones de adición similares a la de los alquenos. Los aromáticos son hidrocarburos insaturados y la mayoría de ellos se hallan emparentados al benceno, naftaleno y antraceno. Presentan propiedades físicas y químicas diferentes a los otros hidrocarburos insaturados. Los hidrocarburos son compuestos altamente combustibles, propiedad muy utilizada en la industria, como por ejemplo: • Metano (CH4), principal componente del gas natural, el cual en presencia de oxígeno combustiona dando una llama limpia y calorífica. • Propano (C3H8) y Butano (C4H10), son buenos combustibles y se utilizan en mezcla como gas licuado. Los hidrocarburos alifáticos y cíclicos de masa molar similar, presentan propiedades físicas y químicas semejantes. El estado físico de los hidrocarburos está íntimamente relacionado con su masa molar. Los compuestos de baja masa molar son gases y líquidos, mientras que los de alta masa molar son sólidos. Por otra parte son sustancias apolares, insolubles en agua y con densidades menores a 1,0 g/mL.

AUTORES: Alejandra Moreno O.; Ximena Arias I.; Roberto Bravo M.

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Debido a la reactividad que presentan los hidrocarburos insaturados, estos son fáciles de detectar a través de reacciones químicas simples, pudiendo diferenciarlos de los hidrocarburos saturados y los hidrocarburos aromáticos, los cuales no reaccionan. 1) Reacción de Baeyer (reacción redox) Se ocupa una solución acuosa de permanganato de potasio al 1 % p/v. Este ensayo detecta la presencia de insaturaciones (doble enlace). Cuando la reacción es positiva se observa la aparición de un precipitado café. Para la reacción negativa no se observa cambio.

OH OH C

C

MnO4

+

-

C

+

C

Púrpura

MnO2

pp. Café

2) Reacción de Bromo (reacción de adición) Se ocupa una solución de bromo en tetracloruro de carbono o diclorometano al 2 % p/v. Se utiliza para verificar la presencia de insaturaciones en compuestos orgánicos, debido a que es el más específico de las reacciones químicas simples que permiten el reconocimiento de un doble o triple enlace. En una reacción positiva se observa la desaparición del color café-rojizo del reactivo (Br2), pasando a incoloro y cuando la reacción es negativa no se observa cambio.

C

C

+

Br2

Café-rojizo

Br

CCl4 o

C

CH2Cl2

C Br

Incoloro

B) Alcoholes Los alcoholes son compuestos orgánicos que se pueden considerar como derivados del agua por sustitución de un átomo de hidrógeno por una cadena alquílica. El grupo funcional -OH de los alcoholes se llama grupo hidroxi o hidroxilo, pero no es un ion hidróxido, porque a diferencia de los hidróxidos metálicos, como el KOH o el NaOH, el enlace entre el átomo de oxígeno y el carbono (del alcohol) es del tipo covalente.

Muchos alcoholes se emplean en el laboratorio, medicina clínica y la industria. El metanol (CH3OH), también llamado alcohol metílico o espíritu de la madera, es el más simple de los alcoholes, siendo también muy tóxico al ingerirlo llegando a producir ceguera y en casos extremos la muerte, es ampliamente utilizado en la industria como disolvente. El etanol (CH3CH2OH), alcohol etílico o espíritu del vino se conoce y ha sido utilizado desde la antigüedad, se encuentra en las bebidas alcohólicas y es un hipnótico o droga inductora del sueño. Finalmente, está el alcohol isopropílico ((CH3)2CHOH) se utiliza bastante como antiséptico, por sus propiedades antibacterianas, también es usado para disminuir la temperatura del cuerpo en los estados febriles y como base de perfumes, lociones y otros cosméticos.

AUTORES: Alejandra Moreno O.; Ximena Arias I.; Roberto Bravo M.

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De acuerdo al número de átomos de carbono enlazados al carbono que está unido al grupo hidroxilo, los alcoholes se clasifican en: 1) Alcoholes primarios: son aquellos en que el carbono unido al grupo hidroxilo presenta un carbono vecino. Ejemplo: CH3CH2OH Etanol (C2H5OH) 2) Alcoholes secundarios: son aquellos en que el carbono unido al grupo hidroxilo presenta dos carbonos vecinos. Ejemplo: OH CH3 CH CH3

2-propanol (C3H7OH) 3) Alcoholes terciarios: son aquellos en que el carbono unido al grupo hidroxilo presenta tres carbonos vecinos. Ejemplo: OH CH3

C

CH3

CH3

2-metil-2-propanol (C4H9OH) 4) Alcoholes aromáticos o fenoles: son aquellos en que el carbono unido al grupo hidroxilo corresponde al carbono de un anillo aromático. Ejemplo: OH

OH

OH

hidroxibenceno: C6H5OH o fenol

1,3-dihidroxibenceno: C6H4(OH)2 o metahidroxifenol o resorcinol

Todos los alcoholes presentan en su estructura dos zonas bien definidas: la parte hidrofóbica que corresponde a la cadena hidrocarbonada representada por la letra R y la parte hidrofílica representada por el grupo hidroxilo (-OH), que le otorga la polaridad a la molécula.

R

δ-

δ+

O

H

Los alcoholes presentan interacciones del tipo puentes de hidrógeno entre sí, por lo que los puntos de fusión y de ebullición son mayores que los hidrocarburos de peso molecular comparable, y al igual que estos últimos su punto de ebullición también aumenta al aumentar su peso molecular.

Todos los alcoholes son incoloros y líquidos, pero a partir de moléculas con cinco átomos de carbono su densidad aumenta progresivamente a medida que aumenta su cadena hidrocarbonada, adquiriendo una consistencia aceitosa para finalizar como un sólido.

AUTORES: Alejandra Moreno O.; Ximena Arias I.; Roberto Bravo M.

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El grupo funcional -OH de los alcoholes es polar, por lo que son solubles en agua, que también es un compuesto polar, pero al aumentar la longitud de la cadena hidrocarbonada, es decir, superando los cuatro átomos de carbono en la cadena, las propiedades hidrofílicas se ven disminuidas siendo favorecida la zona hidrofóbica con lo que disminuye la solubilidad en agua. La ramificación y el incremento de grupos hidroxilos en la molécula favorece la zona hidrofílica aumentando la solubilidad en agua.

Con respecto a la reactividad de los alcoholes, estos combustionan con facilidad al contacto de la llama, la mayor parte se oxida con facilidad y experimentan reacciones de eliminación para formar alquenos (reacción de reducción).

Para reconocer los diferentes tipos de alcoholes existen varios ensayos, siendo los más utilizados, los que a continuación se señalan: 1) Reacción de Berg (reacción de sustitución) Se ocupa una solución acuosa de cloruro de hierro (III), FeCl3 al 2,5 % p/v. Se utiliza para verificar la presencia de un alcohol aromático o grupo fenólico en compuestos orgánicos. En una reacción positiva se observa un cambio de color en la solución pasando de amarillo a morado, cuando la reacción es negativa no se observa cambios en el color de la solución. OH

6

+

Fe

+3

Fe

O

+

6H+

6

Amarillo

Morado

2) Reacción de Lucas (reacción de sustitución) Consiste en una solución de cloruro de cinc (ZnCl2) en ácido clorhídrico concentrado. Se utiliza para distinguir entre alcoholes primarios, secundarios y terciarios, monofuncionales que tengan menos de seis átomos de carbono. Este test está basado en la velocidad de formación del cloruro de alquilo. De acuerdo a esto pueden esperarse los siguientes resultados: a) Los alcoholes terciarios reaccionan inmediatamente (a temperatura ambiente). b) Los alcoholes secundarios reaccionan entre los dos y los diez minutos al calentarlos. c) Los alcoholes primarios reaccionan muy lentamente al calentarlos, es decir, por sobre las 24 horas, por lo tanto, para efectos de laboratorio se considerará como que No Hay Reacción (NHR). Cuando la reacción es positiva, se observa la aparición de una suspención blanca que corresponde al cloruro de alquilo que se forma, el cual es insoluble en la mezcla de reacción. Para la reacción negativa no se observa cambio. 2 R-OH

+

ZnCl2

→

Zn(OH)2

+

2 R-Cl

Suspensión blanca

AUTORES: Alejandra Moreno O.; Ximena Arias I.; Roberto Bravo M.

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3) Reacción de Jones (reacción redox) Consiste en una solución de ácida de dicromato de potasio. Este ensayo se basa en la capacidad de los alcoholes primarios y secundarios para ser oxidados por el ácido crómico, distinguiéndose de los alcoholes terciarios que no se oxidan. Cuando la reacción es positiva se observa un cambio de color del reactivo, pasando de naranjo oscuro a verde (cualquier tono verde es válido). Para la reacción negativa no hay cambio de color del reactivo.

3 R-CH2-OH Alcohol Primario

+

+

-2

Cr2O7 + 8 H Naranjo oscuro

→

+3

Cr + Verde

O 3 R-C-H + 7 H2O Aldehído O

3 R2-CH-OH Alcohol Secundario

+

-2

+

Cr2O7 + 8 H Naranjo oscuro

→

+3

Cr + Verde

3 R-C-R + 7 H2O Cetona

Nota: Para los alcoholes primarios existe la posibilidad de que la oxidación sea tan completa que se obtenga la formación de un ácido carboxílico: R-C-OH. O II.- Objetivos − Observar las propiedades físicas de los hidrocarburos. − Observar las propiedades químicas de los hidrocarburos. − Identificar a través de reacciones sencillas la presencia de: • Enlaces simples • Enlaces dobles − Reconocer propiedades físicas de los alcoholes. − Reconocer propiedades químicas de los alcoholes. − Identificar a través de reacciones sencillas la presencia de: • Alcoholes primarios. • Alcoholes secundarios. • Alcoholes terciarios. • Alcoholes aromáticos. − Identificar una Muestra problema, señalando las características físicas y químicas que ésta presenta.

AUTORES: Alejandra Moreno O.; Ximena Arias I.; Roberto Bravo M.

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III.- Parte Experimental Hidrocarburos 1.- Propiedades Físicas: Solubilidad a) Coloque en un tubo de ensayo limpio y seco, 0,5 mL de cada uno de los siguientes hidrocarburos: Tubo 1: hexano Tubo 2: ciclohexeno b) Agregue a cada tubo 3,0 mL de agua destilada, agite y observe. c) Registre todas sus observaciones en la siguiente tabla. d) Repita el procedimiento con los siguientes solventes: acetona y éter de petróleo.

Hidrocarburo (0,5 mL)

Agua dest. (3,0 mL)

Acetona (3,0 mL)

Éter de Petróleo Polaridad de la (3,0 mL) muestra

hexano ciclohexeno

2.- Propiedades Químicas: Reconocimientos a) Reacción con el Reactivo de Baeyer: En distintos tubos de ensayo ponga 0,5 mL de cada una de las sustancias a ensayar, a continuación agregue 5 gotas del reactivo, agite y observe.

Registre todas sus observaciones en la siguiente tabla.

Hidrocarburo (0,5 mL)

Baeyer (5 gotas)

hexano ciclohexeno

AUTORES: Alejandra Moreno O.; Ximena Arias I.; Roberto Bravo M.

Tipo de compuesto

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Alcoholes 1.- Propiedades Físicas: Solubilidad a) Coloque en un tubo de ensayo limpio y seco, 0,5 mL de cada uno de los siguientes alcoholes: Tubo 1: etanol Tubo 2: 2-butanol Tubo 3: 2-metil-2-propanol Tubo 4: fenol b) Agregue a cada tubo 3,0 mL de agua destilada, agite y observe. c) Registre todas sus observaciones en la siguiente tabla. d) Repita el procedimiento con los siguientes solventes: acetona y éter de petróleo. Alcohol (0,5 mL) etanol

Agua dest. (3,0 mL)

Acetona (3,0 mL)

Éter de Petróleo Polaridad de la (3,0 mL) muestra

2-butanol 2-metil-2-propanol fenol (1 puntita de espátula) 2.- Propiedades Químicas: Reconocimientos a) Reacción con el Reactivo de Berg: En distintos tubos de ensayo, bien rotulados, coloque 0,5 mL de cada compuesto, agregue cuidadosamente 5 gotas de reactivo de Berg, agite y observe. b) Reacción con el Reactivo de Lucas: En distintos tubos de ensayo coloque 0,5 mL de cada una de las sustancias a ensayar, a continuación agregue 1,5 mL de reactivo de Lucas, agite y observe. Las cantidades, tanto de alcohol y Reactivo de Lucas, deben ser exactas. c) Reacción con el Reactivo de Jones: En distintos tubos de ensayo, bien rotulados, coloque 0,5 mL de cada compuesto, agregue 2 gotas de reactivo de Jones, agite con cuidado y observe. Registre todas sus observaciones en la siguiente tabla. Alcohol Berg Lucas (0,5 mL) (5 gotas) (1,5 mL) Calentar si es necesario etanol

Jones (2 gotas)

Tipo de compuesto

2-butanol 2-metil-2-propanol fenol (1 puntita de espátula) 3.- Muestra Problema Pida a su profesor una Muestra Problema y, a través de las reacciones que usted aprendió en este laboratorio, determine la naturaleza física y química de su muestra. AUTORES: Alejandra Moreno O.; Ximena Arias I.; Roberto Bravo M.

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Laboratorio N°3 PROPIEDADES FÍSICAS Y QUÍMICAS DE ALDEHÍDOS Y CETONAS I.- Introducción Los aldehídos y las cetonas son compuestos orgánicos que contienen un grupo carbonilo en su estructura molecular. El átomo de carbono presenta hibridación sp2 estando unido a un oxígeno mediante un enlace doble (uno sigma (σ) y otro pi (π)). Este grupo es polar, porque los electrones que forman el enlace sigma, y especialmente los que constituyen el enlace pi, están desplazados hacia el átomo de oxígeno, que es más electronegativo, este desequilibrio de densidad electrónica resultante conduce a un dipolo permanente. δ: O: C

δ+

Los aldehídos tienen un grupo alquilo (R) y un átomo de hidrógeno unidos al carbonilo, en cambio, las cetonas contienen dos grupos alquilos unidos al grupo carbonilo. : O:

: O: C

C R

Aldehído R-CHO

H

R

R

Cetona R-CO-R

Debido a la equivalencia que presentan las estructuras de estas moléculas, la química de estos compuestos es similar, siendo los aldehídos más reactivos que las cetonas.

Aldehídos y cetonas han sido aislados de animales y plantas, encontrándose muchas importantes aplicaciones en la industria y medicina principalmente. Por ejemplo, el metanal o formaldehído, es el aldehído más simple que se conoce y desde el punto de vista industrial es muy importante para la síntesis de otros compuestos orgánicos. En medicina es muy utilizado en solución acuosa al 37 % v/v, llamada formalina que se combina con determinadas proteínas de los tejidos, endureciéndolos y haciéndolos insolubles en agua, es por esto, que es usada para la conservación de especímenes biológicos. La cetona industrial más importante es la 2-propanona o acetona, que es un líquido incoloro el cual se utiliza como solvente re resinas, plásticos y barnices. La 2-propanona es producida en nuestro organismo, como un subproducto del metabolismo de las grasas, en una concentración menor que 1,0 mg por 100 mL de sangre. Sin embargo, en caso de la Diabetes mellitus, la 2-propanona se produce en cantidades mayores apareciendo en la orina y en casos más graves se puede incluso detectar en el aliento.

AUTORES: Alejandra Moreno O.; Ximena Arias I.; Roberto Bravo M.

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Los aldehídos y cetonas presentan interacciones moleculares del tipo dipolo-dipolo entre sí, asociadas a la polaridad del grupo carbonilo. Estas interacciones hacen que el punto de fusión y ebullición de estos compuestos sean superiores a los de los hidrocarburos de peso molecular comparable. Al no ser posibles las interacciones del tipo puentes de hidrógeno entre las moléculas, los puntos de fusión y ebullición son mucho más bajos que los de los alcoholes correspondientes. Sin embargo, los aldehídos y cetonas pueden formar puentes de hidrógeno con el agua. Por ello, los primeros miembros de la serie son muy solubles en agua, pero a medida que aumenta la cadena hidrocarbonada la solubilidad en agua decrece progresivamente hasta ser insoluble. Para reconocer aldehídos y cetonas, es necesario en primer lugar determinar la presencia del grupo carbonilo, para lo cual existe una serie de ensayos simples basados en la capacidad de oxidación de estos compuestos. Luego, aprovechando que los aldehídos son más reactivos que las cetonas se han desarrollado varios test simples para su identificación. 1) Reacción de Brady´s Consiste en una solución ácida de 2,4-dinitrofenilhidrazina. Reconoce en general a los compuestos orgánicos que presentan un grupo carbonilo. La reacción positiva con la 2,4dinitrofenilhidrazina da origen a un precipitado amarillo o naranjo en la solución, que corresponde a la formación de la 2,4-dinitrofenilhidrazona.

R NH-NH2

NH-N=C

NO2

R NO2

O +

C R

+

R

NO2

H2O

NO2

2,4-dinitrofenilhidrazina

2,4-dinitrofenilhidrazona pp. Naranjo o pp. Amarillo

2) Reacción de Tollens Consiste en una solución alcalina de nitrato de plata. Este es un agente oxidante suave, y reacciona solo con aldehídos. Cuando la reacción es positiva se observa la aparición de un espejo de plata o un precipitado negro, producido por la reducción de los iones Ag+ a Ag0. Para la reacción negativa no se observan cambios.

R-CHO +

2 [Ag(NH3)2]OH

→

R-COOH + 4 NH3 + H2O + 2 Ag° Espejo de plata

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3) Reacción de Fehling Consiste en una solución alcalina de sulfato de cobre. Es un agente oxidante inferior al reactivo de Tollens, por lo que es necesario calentar un par de minutos en un baño de agua hirviendo para obtener respuesta positiva. Por esta misma razón no reconoce aldehídos aromáticos solamente reconoce aldehídos alifáticos. Cuando la reacción es positiva se observa la aparición de un precipitado rojo que corresponde al óxido cuproso (Cu2O). Según la concentración del aldehído y la rapidez del calentamiento el color del precipitado puede variar desde rojo ladrillo hasta amarillo. Cuando la reacción es negativa no se observan cambios.

Complejo Tartrato

R-CHO + 2Cu+2 + 5OHSolución Azul

→

R-COO- +

3 H2O + Cu2O pp. Rojo

4) Reacción de Benedict Consiste de una solución alcalina de sulfato de cobre. Es un agente oxidante de iguales características que el reactivo de Fehling, por lo que actúa de la misma forma reconociendo aldehídos alifáticos hasta 3 átomos de carbono. Cuando la reacción es positiva se observa la aparición de un precipitado que puede variar desde rojo ladrillo hasta amarillo.

Complejo Citrato

R-CHO + 2Cu+2 + 5 OHSolución Azul

→

R-COOH

+

Cu2O

pp. Rojo

II.- Objetivos − Reconocer propiedades físicas de los aldehídos y cetonas. − Reconocer propiedades químicas de los aldehídos y cetonas. − Identificar a través de reacciones sencillas la presencia de: • Grupo carbonilo. • Aldehídos alifáticos • Aldehídos aromáticos − Identificar una Muestra problema, señalando las características físicas y químicas que ésta presenta.

III.- Parte Experimental AUTORES: Alejandra Moreno O.; Ximena Arias I.; Roberto Bravo M.

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1.- Propiedades Físicas: Solubilidad a) Coloque en un tubo de ensayo limpio y seco, 15 gotas de cada uno de los siguientes aldehídos y cetonas: Tubo 1: 2-propanona Tubo 2: butanal Tubo 3: 4-metil-2-pentanona Tubo 4: benzaldehído b) Agregue a cada tubo 3,0 mL de agua destilada, agite y observe. c) Registre todas sus observaciones en la siguiente tabla. d) Repita el procedimiento con los siguientes solventes: acetona y éter de petróleo.

Aldehído ó cetona

Agua dest. (3,0 mL)

Acetona (3,0 mL)

Éter de Petróleo Polaridad de la (3,0 mL) muestra

2-propanona butanal 4-metil-2-pentanona benzaldehído

2.- Propiedades Químicas: Reconocimientos a) Reacción con el Reactivo de Brady´s: En distintos tubos de ensayo, bien rotulados, coloque 2,0 mL del reactivo de Brady´s, agregue cuidadosamente 15 gotas de cada compuesto a ensayar, agite y observe. b) Reacción con el Reactivo de Tollens: En distintos tubos de ensayo coloque 2,0 mL del reactivo de Tollens, a continuación agregue 15 gotas del compuesto a ensayar girando cuidadosamente el tubo de ensayo (no lo agite). Luego de 10 a 15 minutos observe los tubos de ensayo. c) Reacción con el Reactivo de Fehling: En distintos tubos de ensayo, bien rotulados, coloque 2,0 mL del reactivo de Fehling (mezcle volúmenes iguales de Fehling A y Fehling B), a continuación en el tubo de ensayo correspondiente agregue 15 gotas de la muestra a ensayar, agite, coloque por 2 minutos en un baño de agua caliente y observe. d) Reacción con el Reactivo de Benedict: En distintos tubos de ensayo, bien rotulados, coloque 2,0 mL del reactivo de Benedict, a continuación en el tubo de ensayo correspondiente agregue 15 gotas de la muestra a ensayar, agite, coloque por 2 minutos en un baño de agua caliente y observe.

AUTORES: Alejandra Moreno O.; Ximena Arias I.; Roberto Bravo M.

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Registre todas sus observaciones en la siguiente tabla.

Aldehído ó cetona

Brady´s (2,0 mL)

Tollens (2,0 mL) Esperar 10 min

Fehling (2,0 mL) Δ 2min

Benedict (2,0 mL) Δ 2min

Tipo de compuesto

2-propanona butanal 4-metil-2pentanona benzaldehído

3.- Muestra Problema Pida a su profesor una Muestra Problema y, a través de las reacciones que usted aprendió en este laboratorio, determine la naturaleza física y química de su muestra.

AUTORES: Alejandra Moreno O.; Ximena Arias I.; Roberto Bravo M.

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Laboratorio N°4 PROPIEDADES FÍSICAS Y QUÍMICAS DE LOS HIDRATOS DE CARBONO I.- Introducción Los hidratos de carbono se conocen comúnmente como azúcares o sacáridos por su sabor dulce. Químicamente, se trata de aldehídos o cetonas polihidroxilados, cuya fórmula empírica general puede expresarse como (CH2O)n. Por ejemplo, cuando n=6 la fórmula molecular es C6H12O6. Los hidratos de carbono, constituyen uno de los grupos más importantes de sustancias orgánicas de origen natural. Figuran entre los compuestos más abundantes de plantas y animales, en los que desempeñan variadas funciones: i) constituyen una fuente importante de energía. ii) forman parte de los tejidos de sostén de las plantas y de algunos animales, por ejemplo la madera, el almidón, el algodón, el esqueleto estructural de los ácidos nucleicos ARN y ADN, el azúcar de mesa, etc. Existen varios conceptos que permiten clasificar a los hidratos de carbono. Una clasificación clásica se basa en el número de unidades simples de azúcares que lleva una molécula, así tenemos: Monosacáridos: son los hidratos de carbono que no pueden hidrolizarse para dar moléculas más pequeñas, es decir, no se encuentran enlazados a otros hidratos de carbono y por lo tanto, son los azúcares más simples. CH2OH

CHO H HO H

OH H OH OH

H

O H

HO H

OH OH

H

CH2OH

CH2OH Fructosa

Glucosa

Oligosacáridos: Uno de los oligosacáridos más importantes son los disacáridos, debido a su abundancia en la naturaleza. Los oligosacáridos son aquellos hidratos de carbono que por hidrólisis dan como resultado entre 2 a 10 unidades simples de azúcares o monosacáridos. Los monosacáridos se encuentran unidos por un enlace glicosídico, es decir, un puente de oxígeno. CH2OH

O

HOCH2

O

OH

HO

O

HO OH

OH

CH2OH

CH2OH

CH2OH

O

O (H,OH)

OH

OH HO

O OH

OH

Sacarosa

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Maltosa

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Polisacáridos: Son hidratos de carbono que por hidrólisis se obtienen como producto más de 10 unidades de monosacáridos. CH2OH O HO OH O

CH2OH O

HO OH

n

Amilosa

Los monosacáridos pueden clasificarse según el número de átomos de carbono que contenga en: * * * *

Triosas: son aquellos hidratos de carbono que poseen 3 átomos de carbono. Tetrosas: son aquellos hidratos de carbono que poseen 4 átomos de carbono. Pentosas: son aquellos hidratos de carbono que poseen 5 átomos de carbono. Hexosas: son aquellos hidratos de carbono que poseen 6 átomos de carbono.

Además si los monosacáridos contienen un grupo funcional aldehído, se conocen como aldosas y si contienen un grupo funcional cetónico se conocen como cetosas. Así un monosacárido puede, tomar cualquiera de los siguientes nombres: aldopentosa, aldohexosa, cetopentosas, cetohexosa, etc. CH2OH

CHO H HO H H

OH H OH OH

HO H H

O H OH OH

CH2OH

CH2OH

Aldohexosa

Cetohexosa

La D-glucosa, es el monosacárido más importante, se llama en ocasiones azúcar sanguíneo (porque se encuentra en la sangre y en otros fluidos corporales) o azúcar de uva, porque se encuentra presente en esta fruta. Es el componente principal de muchos oligosacáridos y polisacáridos. El monosacárido D-fructosa, es fácilmente convertida a D-glucosa en el cuerpo, es un compuesto de sabor más dulce entre todas las azúcares. Se encuentra en las frutas y en la miel, así como en la sacarosa. La sacarosa, el azúcar de mesa, es un disacárido compuesto de D-glucosa y D-fructosa, se obtiene de la remolacha y de la caña de azúcar, siendo uno de los principales productos orgánicos industriales. La lactosa, es el azúcar de la leche, es un disacárido compuesto de D-galactosa y D-glucosa, es utilizado en alimentos infantiles y en la leche malteada.

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La celulosa es el compuesto orgánico más abundante de la tierra. Las hojas secas contienen 10 a 20 % de celulosa, la madera un 50% y el algodón un 90%. La celulosa es un polisacárido de hasta 14000 unidades de D-glucosa, que se agrupan en haces torcionados, a modo de lazos, sujetos por puentes de hidrógeno. El almidón es el segundo polisacárido más abundante, está constituido por unidades de Dglucosa, al ser triturado y tratado con agua caliente, se divide en dos fracciones principales según su solubilidad : amilosa (soluble), que constituye el 20% y la amilopectina (insoluble) que forma el 80% restante. El glucógeno es un polisacárido utilizado como reserva de glucosa, sobre todo en el hígado y en los músculos de los mamíferos. Los monosacáridos y disacáridos son sólidos o líquidos con aspecto de jarabe, de sabor dulce, son solubles en agua e insolubles solventes no polares o apolares. Los polisacáridos poseen propiedades similares, pero generalmente son insolubles en agua debido a su alto peso molecular. La química de estos compuestos esta relacionada directamente con los grupos carbonilos e hidroxilos presentes en estas moléculas. Pudiendo ocurrir reacciones intramoleculares como intermoleculares. En solución acuosa, el grupo carbonilo en el carbono uno y los grupos hidroxilos en los carbonos cuatro y cinco de los monosacáridos reaccionan en forma intramolecular para dar hemiacetales o hemicetales cíclicos, que justifica muchas propiedades interesantes de estos compuestos. La forma hemiacetálica o hemicetálica con anillo de 5 miembros se llama furanosa, por analogía con el furano. De modo similar, la forma hemiacetálica o hemicetálica de seis miembros se denomina piranosa, por analogía con el pirano. O

O

O

Furano

Furanosa

O

Piranosa

Pirano

Ejemplos: 6

HOH2C O

CH2OH 2

5 4

CH2OH O 5

1

6

HO

4

OH

HO

3

OH

1 2

OH

3

OH Fructosa

OH Glucosa

La estereoquímica de la forma cíclica de los azúcares se representa por la estructura de Haworth. CHO CH2OH O OH HO

OH OH

α-D-Glucopiranosa Estructura Haworth

H HO H H

OH H OH OH CH2OH

Glucosa Estructura Fischer

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CH2OH O OH OH HO OH β-D-Glucopiranosa Estructura Haworth

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CH2OH HO H

HOH2C O CH2OH HO

OH

H

OH

O H

HOH2C O OH

OH OH

HO OH

CH2OH

α-D-Fructofuranosa Estructura Haworth

CH2OH

β-D-Fructofuranosa Estructura Haworth

Fructosa Estructura Fischer

De la figura anterior se puede observar que hay dos formas posibles para cada uno de los azúcares (D-glucosa y D-fructosa) que se denominan α y β. Esto se debe a que al pasar de la forma de cadena abierta a la cadena cerrada se introduce un nuevo carbono asimétrico (C1 de las aldosas y C2 de las cetosas), llamado carbono anomérico. Los anómeros son azúcares que sólo se diferencian en su estereoquímica del carbono hemiacetálico y carbono hemicetálico (carbono anomérico). Muchos azúcares, al igual que los aldehídos simples, reaccionan frente a los reactivos de Tollens, Benedict o Fehling (agentes oxidantes en medio básico). Los azúcares susceptibles de ser oxidados por estos reactivos se denominan azúcares reductores. Las formas hemiacetálicas y hemicetálicas cíclicas de todas las aldosas y cetosas, respectivamente se oxidan con gran facilidad porque están en equilibrio con la forma de cadena abierta. A diferencia de los hemiacetales o hemicetales, un acetal o cetal es estable en soluciones básicas, por lo tanto, no son susceptibles de ser oxidados, porque las formas acetálicas o cetálicas cíclicas no están en equilibrio con su cadena abierta. Las formas hemiacetálicas y hemicetálicas de cadena cerrada de los azúcares pueden reaccionar con los alcoholes para formar acetales o cetales. En la química de los azúcares, estos acetales o cetales se llaman glicósidos. HOH2C

HOH2C

O OH HO

OH

O OCH

+

3

CH3OH HO

OH β-D-glucopiranosa

OH

+

H2O

OH Metil-β-D-glucopiranósido

Metanol

El enlace éter entre el hidroxilo del azúcar y el alcohol es un enlace glicosídico. HOH2C

.

O HO

OH

OCH3

Enlace glicosídico

Carbono acetálico (carbono anomérico)

OH

Los monosacáridos componentes de los disacáridos y polisacáridos están unidos mediante enlaces glicosídicos (enlace éter o puente de oxígeno). Cuando los carbonos anoméricos forman un enlace glicosídico, es decir, no existe carbono hemiacetálico o hemicetálico, el azúcar es no reductor. Pero cuando, a lo menos uno de los carbonos anoméricos queda libre, es decir, en su forma hemiacetálica o hemicetálica, es un azúcar reductor.

AUTORES: Alejandra Moreno O.; Ximena Arias I.; Roberto Bravo M.

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CH2OH HOCH2

O OH

HO

O

HO OH

CH2OH

CH2OH

O

O

O OH

CH2OH

(H,OH)

OH

HO

O

OH

OH

Sacarosa

OH

Maltosa Enlaces Glicosídicos

Una vez que el grupo hidroxilo del carbono anomérico de un azúcar se ha unido para formar un acetal o cetal, no está libre para pasar de la forma de cadena cerrada a cadena abierta y, por lo tanto, el azúcar es no reductor. Por ejemplo, la sacarosa es un azúcar no reductor porque ambos carbonos anoméricos forman un acetal y cetal respectivamente. CH2OH

O OH

. .

HOCH2

O HO

O

HO

OH

OH Acetal (Carbono anomérico)

CH2OH

Cetal (Carbono anomérico)

Sacarosa Mientras que la maltosa es un azúcar reductor porque tiene a lo menos uno de sus carbonos anoméricos libre. CH2OH

O OH HO

CH2OH

.

.

O OH OH O

OH

OH

Acetal (Carbono anomérico)

Carbono anomérico libre

Maltosa El enlace glicosídico puede romperse por reacciones de hidrólisis (ruptura de una molécula por acción del agua). La hidrólisis química de los azúcares se puede realizar calentando la solución acuosa del azúcar usando como catalizador un ácido. En los sistemas biológicos las enzimas actúan como catalizadores.

CH2OH O

HO

CH2OH

HOH2C O

OH

O OH Sacarosa

HO OH

CH2OH

+

H2O

HOH2C O

O

+

H

HO

OH

OH

OH Glucosa

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+

HO

HO

CH2OH

OH Fructosa

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La sacarosa es un disacárido formado por una unidad de glucosa y una unidad de fructosa. La unidad de glucosa es un acetal cíclico y la unidad de fructosa es un cetal cíclico. Ninguna de estas unidades puede estar en equilibrio con su cadena abierta, por lo tanto, la sacarosa es un azúcar no reductor que no reacciona con el reactivo de Fehling. Sin embargo, al realizar la hidrólisis de este azúcar se obtienen las dos unidades de monosacáridos con sus respectivos carbonos anoméricos libres, los cuales pueden ser susceptibles de ser oxidados y darán respuesta positiva frente al reactivo de Fehling.

1) Test de Molisch

Este test es de reconocimiento general, es decir, reconoce todos los hidratos de carbono o azúcares. Está basado en la deshidratación de estos azúcares, por ácido sulfúrico a furfural y sus derivados, los cuales son condensados con α-naftol y subsecuentemente son oxidados. Cuando la reacción es positiva se observa la presencia de un anillo violeta. EL α-NAFTOL ES TÓXICO Y CARCINÓGENO, TRABAJE CON CUIDADO!!

2) Reacción de Fehling

Consiste en una solución alcalina de sulfato de cobre. Es un agente oxidante inferior al reactivo de Tollens (necesita calor), reacciona sólo con azúcares reductores. Cuando la reacción es positiva se observa un precipitado de color rojo ladrillo.

3) Test de Barfoed

Consiste en una solución ácida de acetato de cobre (II). De acuerdo a la velocidad de reacción, permite diferenciar entre monosacáridos, disacáridos y polisacáridos. Cuando la reacción es positiva aparece un precipitado rojo al calentar en baño de agua. Los monosacáridos dan reacción positiva entre los 2 y 5 minutos. Los disacáridos dan reacción positiva entre los 10 y los 30 minutos. Los polisacáridos no dan reacción positiva, es decir, N.H.R.

4) Test de Seliwanoff

Es similar al reactivo de Molisch, con la diferencia que se utiliza un agente deshidratante más suave que el ácido sulfúrico (HCl 6 M). Las α-hidroxicetosas se convierten fácilmente a la forma furanosa deshidratada, mientras que las aldosas requieren de una β eliminación antes de la conversión a furfural o furfural sustituido. Las cetosas dan reacción positiva al calentar por 2 minutos, la aparición de un color rojo corresponde a una cetohexosa y el color verde a una cetopentosa; mientras que las aldosas requieren de horas de calentamiento para reaccionar, observándose la aparición de un color anaranjado cuando es una aldohexosa y un verde limón cuando es una aldopentosa.

AUTORES: Alejandra Moreno O.; Ximena Arias I.; Roberto Bravo M.

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II.- Objetivos − Reconocer propiedades físicas de los hidratos de carbono. − Reconocer propiedades químicas de los hidratos de carbono. − Identificar a través de reacciones sencillas la presencia de: • Monosacáridos, disacáridos y polisacáridos. • Aldosas y cetosas. • Azúcares reductores. − Identificar una Muestra problema, señalando las características físicas y químicas que ésta presenta.

III.- Parte Experimental 1.- Propiedades Físicas: Solubilidad

a) Coloque en un tubo de ensayo limpio y seco, una puntita de espátula de cada uno de los siguientes hidratos de carbono: Tubo 1: glucosa Tubo 2: fructosa Tubo 3: sacarosa Tubo 4: almidón b) Agregue a cada tubo 3,0 mL de agua destilada, agite y observe. c) Registre todas sus observaciones en la siguiente tabla. d) Repita el procedimiento con los siguientes solventes: acetona y éter de petróleo Hidrato de carbono

Agua dest. (3,0 mL)

Acetona (3,0 mL)

Éter de Petróleo Polaridad de la (3,0 mL) muestra

( 1 puntita de espátula)

glucosa fructosa sacarosa almidón

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2.- Propiedades Químicas a) Reacción de Molisch: En distintos tubos de ensayo coloque una punta de espátula de cada una de las muestras de azúcares, agregue 0,5 mL de agua destilada y agite hasta disolver. Luego adicione 2 gotas de una solución de α-naftol al 10% p/v (Reactivo de Molisch), agite nuevamente, incline el tubo en 45º y agregue por la pared del tubo 20 gotas de ácido sulfúrico concentrado, de manera que el ácido forme una capa debajo de la solución acuosa (NO AGITE LA SOLUCIÓN). Observe inmediatamente lo que ocurre en cada caso. b) Reacción de Barfoed: En distintos tubos de ensayo coloque una punta de espátula de cada una de las muestras de azúcares, agregue 0,5 mL de agua destilada y agite hasta disolver. Agregue 1,0 mL del reactivo de Barfoed, agite, caliente en un baño de agua a ebullición y observe. c) Reacción de Seliwanoff: En distintos tubos de ensayo coloque una punta de espátula de cada una de las muestras de azúcares, agregue 0,5 mL de agua destilada y agite hasta disolver. Agregue 2,0 mL del reactivo de Seliwanoff, agite, caliente en un baño de agua a ebullición por dos minutos y observe. d) Reacción de Fehling: En distintos tubos de ensayo coloque una punta de espátula de cada una de las muestras de azúcares, agregue 0,5 mL de agua destilada y agite hasta disolver. Agregue 2,0 mL de una mezcla de iguales volúmenes de Fehling A y B, agite bien, coloque por 2 minutos en un baño de agua caliente y observe. Registre todas sus observaciones en la siguiente tabla.

Hidrato de Molisch carbono 1°: 2 gotas de Molisch (+ 0,5 mL 2°: 0,5 mL de H2SO4 de H2O) glucosa

Barfoed (1,0 mL) Δ

Seliwanoff (2,0 mL) Δ 2min

Fehling (2,0 mL) Δ 2min

Tipo de compuesto

fructosa sacarosa almidón

3.- Muestra Problema

Pida a su profesor una Muestra Problema y, a través de las reacciones que usted aprendió en este laboratorio, determine la naturaleza física y química de su muestra.

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Laboratorio N°5 PROPIEDADES QUÍMICAS DE LAS PROTEÍNAS Y LOS LÍPIDOS I.- Introducción

Las proteínas son moléculas de gran tamaño que se encuentran en todos los organismos vivos. Existen diferentes tipos de proteínas las cuales cumplen distintas funciones biológicas. Así, por ejemplo, la queratina de la piel y las uñas la fibroína de la seda y de las telarañas, el colágeno de los tendones y de los cartílagos, son todas proteínas estructurales; la insulina que regula el metabolismo de la glucosa en el cuerpo, es una proteína hormonal; y el ADN polimerasa y la inversotranscriptasa, actúan como catalizadores biológicos de las reacciones químicas en las células son proteínas llamadas enzimas. Sin importar su aspecto o su función todas las proteínas son químicamente similares puesto que todas están constituidas por muchas unidades de aminoácidos. Los aminoácidos son moléculas bifuncionales, contienen un grupo amino (básico) y un grupo carboxílico (ácido). H H2N

C

COOH

R

Los aminoácidos se unen a través de un enlace amida o enlace peptídico. Resulta un dipéptido cuando se forma un enlace amida entre el grupo amina de un aminoácido y el grupo carboxílico de otro aminoácido; un tripéptido resulta de la unión de tres aminoácidos vía dos enlaces peptídicos, y así sucesivamente. Ejemplo: Pentapéptido

H2N

H

O

C

C

R

R

H H

O C

N

C

C

N C

H

H

O

R

R

H H

N C C N C COOH H H O

R

Enlaces Peptídicos Se han identificado 20 α- L-aminoácidos en las proteínas en donde la estructura de los aminoácidos sólo difieren en la naturaleza del grupo de la cadena lateral (R). Dependiendo de la naturaleza de la cadena lateral los aminoácidos se pueden clasificar en: a) b) c) d)

aminoácidos polares aminoácidos apolares aminoácidos ácidos aminoácidos básicos

Todos los aminoácidos son necesarios para la síntesis de proteínas, pero el ser humano sólo es capaz de sintetizar 10 de ellos, los otros 10 aminoácidos esenciales deben ser adquiridos por ingestión, es decir, como parte de la alimentación.

AUTORES: Alejandra Moreno O.; Ximena Arias I.; Roberto Bravo M.

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Desde el punto de vista químico, las proteínas son polipéptidos de elevado peso molecular, cuya estructura presenta varios niveles. La más básica o estructura primaria de una proteína corresponde a la secuencia de aminoácidos de la que está constituida (enlaces peptídicos). La estructura secundaria está referida a la forma regular en que están orientados los segmentos del esqueleto peptídico en el espacio formando espirales, hojas o esferoides compactos. La estructura terciaria es la forma en la cual la molécula entera de la proteína está enrollada para asumir su configuración tridimensional global y la estructura cuaternaria describe la forma en que se agrupan varias moléculas de proteínas para formar grandes agregados estructurales. Las proteínas se clasifican como fibrosas o globulares, dependiendo de sus estructuras secundarias y terciarias. Las proteínas fibrosas son fuertes, rígidas e insolubles en agua, y en consecuencia, participan como los principales componentes estructurales de tejidos animales, por ejemplo, la α-queratina, el colágeno, la miocina, etc. Las proteínas globulares son solubles en agua, tienen forma casi esférica y son móviles dentro de las células, por lo tanto, presentan una variedad de funciones que tienen relación con la mantención y regulación del proceso de la vida, por ejemplo, la insulina, anticuerpos, albúmina, hemoglobina, etc. En ciertas condiciones y frente a ciertos reactivos químicos se puede destruir la actividad biológica y la naturaleza de una proteína, sin romper los enlaces peptídicos. Esto se conoce como denaturación. Estructuralmente, la denaturación es una desorganización de la proteína al destruirse las estructuras secundarias, terciarias y cuaternarias si las hay. El calor, la radiación UV, los solventes orgánicos, los ácidos y bases fuertes, los detergentes o la agitación fuerte rompen los enlaces por puentes de hidrógeno que mantienen la estructura de la proteína, y se produce la denaturación. Las sales de metales pesados (Hg+2, Ag+, Pb+2) precipitan la proteína combinándose con los grupos -SH, produciendo también la denaturación. La mayoría de las denaturaciones son irreversibles, por ejemplo el huevo no recupera su forma original cuando disminuye la temperatura y la leche cuajada no vuelve a hacerse homogénea. Sin embargo, se han encontrado muchos casos en los cuales ocurre una renaturación espontánea, este es el caso de las enzimas.

Existen varios test de reconocimientos para proteínas, siendo los más utilizados los que se señalan a continuación: 1) Reacción de Biuret

Reconoce compuestos con dos o más uniones peptídicas y es una prueba general para identificar la presencia de proteínas. Cuando la reacción es positiva se observa un cambio de color celeste (color del reactivo de Biuret) a lila o morado claro. 2) Test de Azufre Reducido

Este test detecta proteínas con un alto contenido de azufre. Cuando la reacción es positiva se observa que la solución de proteína se torna de color café. 3) Test Xantoproteíco

Detecta anillos bencénicos que contienen grupos amino (NH2) o hidroxilo (OH), los cuales son fácilmente nitrados para dar compuestos de color amarillo, ácido xantoproteico.

B) Lípidos AUTORES: Alejandra Moreno O.; Ximena Arias I.; Roberto Bravo M.

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Los lípidos son moléculas orgánicas naturales, que extracción con solventes orgánicos no polares. Los lípidos (solubilidad) más que por su estructura molecular. Debido porciones de hidrocarburos en sus estructuras, los lípidos son solventes orgánicos apolares.

se aíslan de células y tejidos por se definen por propiedades físicas a que generalmente tienen grandes insolubles en agua, pero solubles en

Los lípidos más abundantes hallados en los organismos vivos son derivados del glicerol. Las grasas y aceites son triesteres del glicerol, es decir, triacilgliceroles (denominados a menudo triglicéridos). Las ceras son mezclas de ésteres y de ácidos carboxílicos (ácidos grasos) y alcoholes de cadena larga. Los terpenos son moléculas orgánicas relativamente pequeñas con una inmensa diversidad de estructuras; algunos son hidrocarburos, otros contienen oxígeno; algunos son de cadena abierta, otros contienen anillos. Los fosfolípidos son ésteres mixtos de glicerol en los que uno de los grupos hidroxilos del glicerol está esterificado con un resto de ácido fosfórico. Los esfingolípidos son derivados del amino glicerol, muy relacionados con los fosfolípidos. Debido a la diversidad de estructuras químicas que son incluidas en los lípidos, las funciones que ellas tienen son también múltiples. Así, por ejemplo, las ceras protegen la piel, el pelo y las plumas haciéndolas flexibles e impermeables. Un ejemplo, es la cera de abeja cuyo principal componente es el hexadecanoato de triacontilo. Los fosfolípidos se encuentran formando parte de la membrana celular de tejidos de plantas y animales. Los esteroides, constituyen otro grupo importante de lípidos, se encuentran ampliamente distribuidos en los tejidos corporales y tienen una gran variedad de actividades fisiológicas. En el cuerpo humano la mayoría de los esteroides actúan como hormonas. Los monoterpenos y sesquiterpenos se encuentran principalmente en las plantas, pero los terpenos mayores se encuentran tanto en plantas como en animales. Por ejemplo, el lanosterol es el precursor de todas las hormonas esteroidales en la naturaleza, y el β-caroteno es una importante fuente de vitamina A que abunda en algunos vegetales. Las grasa animales y los aceites vegetales son los lípidos más abundantes. Aunque parecen diferentes, las grasas animales son sólidas y los aceites vegetales son líquidos sus estructuras guardan íntima relación. Químicamente, las grasas y los aceites son triacilglicéridos, es decir, triesteres de glicerol. Los triacilgliceroles ricos en ácidos grasos insaturados como los ácidos oleicos y linoleicos, suelen ser aceites; mientras que los ricos en ácidos saturados, como los ácidos esteárico y palmítico, suelen ser grasas. La hidrogenación, adición de hidrógeno a algún doble enlace presente en la cadena carbonada del ácido graso no saturado, convierte los aceites vegetales en grasas.

CH2 O CH

O

CH2 O

O C O C O C

R H2, Presión

R

CH2

O

CH

O

Calor (CH2)7CH

CH(CH2)7CH3

CH2 O

O C R' O C R' O C (CH2)7CH2 CH2(CH2)7CH3 R'

R

Aceites

Grasas

La hidrólisis de una grasa o un aceite con hidróxido de sodio acuoso (saponificación) produce glicerol y tres sales de ácidos grasos (jabón). AUTORES: Alejandra Moreno O.; Ximena Arias I.; Roberto Bravo M.

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CH2 O CH

O

CH2 O

O C O C O C

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R

CH2 OH NaOH

R'

Δ

CH

OH

CH2 OH

R''

Triglicérido

O C O NaO C

NaO +

R R'

O NaO C

Glicerol

R''

Jabón

Los jabones son mezclas de sales de sodio y potasio de ácidos carboxílicos de cadenas largas (ácidos grasos). Estos compuestos ejercen su acción limpiadora debido a que los dos extremos de la molécula son muy diferentes. En el agua dura (agua rica en cationes de Mg+2 y Ca+2), los carboxilatos de sodio (solubles) se convierten en sales de estos cationes (insolubles), lo cual ocasiona el percudido de la ropa blanca y el conocido depósito en forma de anillo en las bañeras. Los químicos han resuelto estos problemas sintetizando una clase de detergente basado en sales de ácidos alquilbencenosulfónicos de cadena larga. El principio por el cual operan estos detergentes es idéntico al principio de los jabones, sin embargo, a diferencia de lo que ocurre en el caso de los jabones, los detergentes no forman sales insolubles de metales en el agua dura y no dejan el desagradable depósito.

CH3

(CH2)16

O C

-

O Na

+

CH3

(CH2)16

Jabón

O

O S O

O-Na+

Detergente

II.- Objetivos − Reconocer químicamente las proteínas. − Observar experimentalmente el fenómeno de denaturación de una proteína. − Observar experimentalmente algunas características de los lípidos. • Presencia de insaturación en grasas y aceites. • Diferenciar un jabón de un detergente sintético.

III.- Parte Experimental 1.- Reconocimiento de Proteínas a) Reacción de Biuret: en cada tubo de ensayo limpio y seco, coloque 2,0 mL de solución de proteínas, adicione 2,0 mL de NaOH 3M, agite y agregue 2 gotas de reactivo de Biuret, agite nuevamente y observe. b) Test del Azufre Reducido: en cada tubo de ensayo limpio y seco, coloque 2,0 mL de solución de proteína agregue 2,0 mL de NaOH 6 M, caliente cuidadosamente a la llama por 15 segundos, agregue 5 gotas de solución saturada de acetato de plomo. Si no observa cambios, caliente la mezcla suavemente por 15 segundos. AUTORES: Alejandra Moreno O.; Ximena Arias I.; Roberto Bravo M.

UNIVERSIDAD MAYOR FACULTAD DE MEDICINA Tecnología Médica – laboratorio de Química Orgánica

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c) Reacción del Ácido Xantoproteico: en cada tubo de ensayo limpio y seco, coloque 2,0 mL de una solución de proteína adicione 0,5 mL de HNO3 concentrado con mucho cuidado, agite y observe.

Registre todas sus observaciones en la siguiente tabla. Proteína (2,0 mL)

Azufre reducido

Biuret 1°: 2,0 mL de NaOH 3M 2°: 2 gotas de Biuret

1°: 2,0 mL de NaOH 6M y Δ 15 seg 2°: 5 gotas de acetato de plomo (II)

Xantoproteico (0,5 mL de HNO3 conc.)

gelatina albúmina

2.- Denaturación de una proteína a) Acción del calor: En un tubo de ensayo adicione 2,0 mL de una solución de albúmina caliente en un mechero a fuego suave hasta que hierva y observe. b) Acción de Metales Pesados: En un tubo de ensayo adicione 2,0 mL de una solución de albúmina. Agregue 10 gotas de solución saturada de HgCl2 y observe.

Registre todas sus observaciones en la siguiente tabla. Proteína (2,0 mL)

Acción del calor

Adición de HgCl2 (10 gotas)

albúmina

3.- Insaturación de Lípidos

En tubos de ensayo secos y limpios, disuelva separadamente con diclorometano cantidades equivalentes de ácido esteárico, ácido oleico y aceite de maravilla. BAJO CAMPANA agregue 3 gotas de solución de Reactivo de Bromo y observe. Registre todas sus observaciones en la siguiente tabla. Lípido (1 puntita de espátula ó una porción al fondo del tubo)

Diclorometano Diclorometano (2,0 mL) (2,0 mL) + Bromo (3 gotas)

Clasificación del lípido

ácido esteárico ácido oleico aceite de maravilla 4.- Jabones y Detergentes Sintéticos

a) En un tubo de ensayo disuelva una puntita de espátula de jabón en 5,0 mL de agua destilada. AUTORES: Alejandra Moreno O.; Ximena Arias I.; Roberto Bravo M.

UNIVERSIDAD MAYOR FACULTAD DE MEDICINA Tecnología Médica – laboratorio de Química Orgánica

b) c) d) e)

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Separe esta solución (mezcla homogénea) en dos tubos de ensayo. A uno de los tubos de ensayo adicione 5 gotas de HCl 3,0 M. Agite y observe. Al otro tubo agregue 5 gotas de una solución saturada de CaCl2. Agite y observe. Repita el procedimiento utilizando detergente en vez de jabón. Registre todas sus observaciones en la siguiente tabla. Muestra

HCl 3,0 M (5 gotas)

Solución saturada de CaCl2 (5 gotas)

jabón detergente

AUTORES: Alejandra Moreno O.; Ximena Arias I.; Roberto Bravo M.