Guía de Tra ba jos Prá cticos Q u í m i c a

O r g á n i c a

Prof. Diego Amato

Departamento de Química Orgánica

I I

E.T. Nro. 27 Hipólito Yrigoyen TRABAJOS PRÁCTICOS DE QUÍMICA ORGÁNICA Il

QUÍMICA ORGÁNICA II OBJETIVOS Sintetizar, purificar e identificar compuestos orgánicos. Reconocer los distintos mecanismos por el cual suceden las diversas síntesis realizadas. Plantear diversos caminos para la separación y purificación de distintos compuestos fundamentados en su estructura molecular. Adquirir nociones básicas de espectroscopia IR y su uso como medio para identificar diversos grupos funcionales.

OBJETIVOS ESPECIFICOS Relacionar la estructura de las moléculas de compuestos orgánicos con sus propiedades físicas. Reconocer, clasificar y nombrar los compuestos orgánicos de acuerdo con la nomenclatura I.U.P.A.C.

INTRODUCCIÓN Las propiedades de los compuestos orgánicos, así como sus funciones biológicas, están determinadas por su estructura. Cuando pensamos en las sustancias que nos rodean o que utilizamos habitualmente o que forman parte de los organismos vivos, visualizamos que muchos son compuestos orgánicos, que tienen diferentes propiedades y aplicaciones, que sólo pueden entenderse en base a la diversidad de sus estructuras. Surgen, entonces, preguntas: ¿por qué el azúcar de mesa se disuelve en agua y el aceite no? ¿Por qué los jabones ejercen su acción limpiadora? ¿Por qué los ácidos nucleicos forman dobles hélices? ¿Por qué una proteína debe ordenarse espacialmente de una determinada manera para cumplir su función? ¿Por qué los fosfolípidos están presentes en las membranas? ¿Por qué la celulosa es un polisacárido estructural y el almidón es un polisacárido de reserva? Para contestar estas preguntas debemos comprender los conceptos básicos de la química orgánica: cómo se une el carbono con los distintos elementos, la polaridad de los enlaces, la polaridad de las moléculas, las fuerzas intra e inter-moleculares, la isomería, la capacidad de oxidarse o reducirse de las diferentes moléculas, sus propiedades ácido-base, la disposición espacial de los átomos en una molécula. Estos conocimientos nos permitirán explicar mecanismos biológicos complejos, como el transporte de oxígeno en sangre, el transporte a través de la membrana y la capacidad de reconocimiento de una enzima. Estos apuntes quieren ser una guía orientativa para el trabajo en el laboratorio. Pretende también que el alumno sepa que es lo que pasa adentro del balón de reacción y como pasa. De ninguna manera quiere reemplazar las clases teóricas pero si complementarse con las mismas. Apunta fundamentalmente al razonamiento y no a la memoria, y pretende que el alumno pueda predecir el comportamiento de una sustancia conociendo su estructura.

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E.T. Nro. 27 Hipólito Yrigoyen TRABAJOS PRÁCTICOS DE QUÍMICA ORGÁNICA Il ORIENTACIONES GENERALES PARA EL CURSADO DE TRABAJOS PRÁCTICOS DE QUÍMICA ORGÁNICA II

La aprobación de la asignatura se obtendrá de la combinación de cuatro notas constituidas por: 1) el desempeño personal en el laboratorio, el que será reflejado por i) Habilidad en el trabajo relacionado al desarrollo de las experiencias y uso correcto de los materiales necesarios ii) Conocimientos demostrados en las prácticas a realizar. iii) Observación de las normas de seguridad en el mismo. 2) la aprobación de evaluaciones parciales con la nota de 6 (seis) los cuales serán realizados sobre la base de la teoría de cada práctico y de las conclusiones a la que se arribe en cada experiencia. 3) la asistencia a los prácticos la cual no deberá ser menor a un 75%. En caso de enfermedad los días deberán ser justificado mediante certificado médico. 4) La presentación de los informes de cada práctica sintetizando los datos, los procesos y cualquier tipo de información que ayude a la reflexión posterior acerca de la misma práctica. Estos informes se presentarán dentro del trimestre de realizada la práctica. En los trabajos prácticos cada alumno debe anotar en una libreta de laboratorio todos y cada uno de los datos que considere necesarios o relevantes para elaborar sus conclusiones y posterior informe. Se recomienda para cada experiencia la constitución de comisiones de no más de tres alumnos. El objetivo de las comisiones es el de una mejor distribución de materiales de laboratorio. La composición de cada comisión queda bajo la exclusiva responsabilidad de los alumnos que la componen. Para cumplir adecuadamente con el horario de trabajos prácticos se sugiere la lectura previa del práctico teniendo de esa manera una idea global de los pasos a seguir, materiales y reactivos a preparar y utilizar para el desarrollo coherente y efectivo del mismo. Es también importante dar atención a las recomendaciones que efectúen tanto el docente como los ayudantes o jefes de laboratorio, como así también evacuar cualquier duda antes y durante el desarrollo de la práctica misma. Desde ya muchas gracias

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L I S TA D O D E M AT E R I A L D E L A B O R AT O R I O ALUMNO

:

Espátula grande y/o pequeña Varilla de vidrio Trapos absorbentes o repasador Delantal Gafas de seguridad

CURSO Tarro de capilares Rollo de papel Absorbente Rollo de papel film Caja grande de fósforos 1 piseta de 200 cc. aprox.

GRUPO Perita de goma o propipeta (recomendable) Envases varios para conservar líquidos ó sólidos 1 Frasco de mermelada con tapa, uso cromatografía

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Broche de madera Marcador indeleble Tijera Lápiz Cinta adhesiva

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Trabajo Práctico Nro. 1: Extracción Ácido - Base Fundamentos Teóricos La extracción es la transferencia de un soluto de un disolvente a otro. Cuando se utiliza un disolvente orgánico el soluto se extrae por un proceso de distribución. Cuando una sustancia está en contacto con dos fases líquidas, inmiscibles entre sí, se establece un equilibrio de distribución de la misma entre dichas fases. La sustancia puede ser sólida, líquida o gaseosa. En general, el proceso de distribución de una sustancia entre dos fases en contacto depende de una de dos fenómenos: Partición o Adsorción. La Partición indica una disolución selectiva, con solubilidades diferentes para una sustancia, entre las fases de dos solventes inmiscibles. La adsorción indica una adherencia selectiva, con desorciones diferentes, para una sustancia entre la fase sólida del adsorbente y la fase líquida del eluyente. La Extracción se basa sólo en el fenómeno de partición. Una técnica cromatográficas, se basan en la adsorción – desorción. Los disolventes orgánicos utilizados en extracción deben tener baja solubilidad en agua, alta capacidad de solvatación hacia la sustancia que se va a extraer y bajo punto de ebullición para facilitar su eliminación posterior. Buscar similitudes y diferencias con un solvente de cristalización.

Los compuestos iónicos son más solubles en agua que los compuestos covalentes, y éstos, son más solubles en disolventes orgánicos. Se puede definir, entonces, a la Extracción, como la separación de un componente (del seno de una mezcla), por acción de un solvente que lo disuelve selectivamente. Se llama, en cambio, Lavado cuando lo que se extrae es la impureza, permaneciendo el compuesto deseado en su fase original.

La Constante de Partición La teoría del proceso de extracción puede ilustrarse considerando la operación de extraer un compuesto orgánico que se encuentra en solución acuosa, con un solvente orgánico, inmiscible con agua. Se aplica en este proceso la llamada Ley de Distribución o Ley de Partición, que establece que: "si a un sistema de dos fases líquidas inmiscibles o muy poco miscibles, se le agrega una cantidad de un tercer componente, soluble en ambas fases, éste se distribuirá en cada fase, de tal forma que el cociente que resulta de dividir las concentraciones logradas en cada fase será una constante, que sólo dependerá de la temperatura."

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Capítulo: Trabajo Práctico Nro. 1: Extracción Ácido - Base

La extracción con disolvente activo se basa en una reacción ácido-base entre el producto a separar y el disolvente activo adecuado. Se emplea para separar mezclas de compuestos orgánicos en función de la acidez, de la basicidad o de la neutralidad de éstos.

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E.T. Nro. 27 Hipólito Yrigoyen TRABAJOS PRÁCTICOS DE QUÍMICA ORGÁNICA Il Se asume que el estado molecular de la sustancia en cuestión es el mismo en ambas fases (no se consideran asociaciones ni disociaciones). Si CA y CB son las concentraciones de la sustancia en las fases líquidas A y B, entonces, a una dada temperatura, se cumple que:

𝐶𝐴 𝐶𝐵

= 𝐾𝑑 (cualquiera de las dos fases puede ser la fase acuosa, y se debe aclarar). K

d

es el llamado coeficiente de partición o distribución

Una aproximación al valor de Kd estaría dada por la razón de los valores de solubilidad que presenta la sustancia en cada uno de los solventes. Por ejemplo: a 25°C la solubilidad del ácido acetilsalicílico (aspirina) es 4,27 g/100 ml de éter etílico, y 1,22 g/100 ml de agua. Cuando se agrega aspirina sólida (pulverizada) a una mezcla de iguales volúmenes de agua y éter etílico, la concentración de aspirina en el éter será, aproximadamente 3,5 veces mayor que en la fase acuosa:

¿En base a qué parámetros se elige el mejor solvente de extracción? Los compuestos orgánicos son generalmente más solubles en solventes orgánicos que en agua y, por lo tanto, pueden extraerse de soluciones acuosas.

Nuevamente aplicamos la regla que dice "lo similar disuelve lo similar. Cuanto mayor sea la afinidad de la muestra orgánica por el solvente de extracción elegido, más fácilmente se extraerá. Si la solubilidad del compuesto en agua es grande, se puede recurrir al efecto "salting out" Esto es por agregado de electrolitos a la fase acuosa, se aumentará la fuerza iónica de la misma, haciendo descender el valor de la solubilidad de la muestra orgánica en dicha fase, lo cual favorecerá el pasaje de la misma a la fase del solvente orgánico de extracción. ¿Cuánto se extrae? En general, la extracción consiste en agitar la solución acuosa y la fase de solvente orgánico en una ampolla de decantación. Luego de dejar reposar unos minutos, se separan nuevamente las fases y se separan, drenando la fase inferior por la llave de la ampolla. Pero... ¿es suficiente realizar una vez el proceso, o debe repetirse algunas veces más? Supongamos que se desea extraer 100 ml de una solución acuosa que contiene 1,0 g de aspirina con 60 ml de éter etílico, con el objeto de recuperar la mayor cantidad de aspirina posible en la fase etérea. Si los 100 ml de solución acuosa se agitan con los 60 ml de éter, la concentración de aspirina remanente en la solución acuosa puede calcularse de la expresión de Kd. Si llamamos X al número de gramos de aspirina que se extraerán con éter, será 1-X el número de gramos que permanecerá en la fase acuosa, luego de la extracción.

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Capítulo: Trabajo Práctico Nro. 1: Extracción Ácido - Base

La elección del solvente de extracción depende de la solubilidad del compuesto a extraer, de la volatilidad, inflamabilidad y toxicidad de los posibles solventes a emplear.

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E.T. Nro. 27 Hipólito Yrigoyen TRABAJOS PRÁCTICOS DE QUÍMICA ORGÁNICA Il Entonces:

Por lo tanto, una extracción con 60 ml de éter remueve 0,68 g de aspirina de la fase acuosa. Supongamos ahora que, en vez de extraer 1 vez con 60 ml de éter, se extrae en 2 veces, con 30 ml cada vez Nuevamente, podemos expresar la cantidad de aspirina remanente. Primera Extracción:

Quedan entonces 0,49 g en la fase acuosa. Segunda Extracción:

Sugerencia: Calcule la cantidad de aspirina extraída en 3 pasos con 20 ml de éter cada vez. ¿Debe ser inerte un solvente de extracción? El solvente utilizado en la extracción no debe alterar la estructura del compuesto a extraer. Sin embargo, las reacciones de tipo ácido-base (que son reversibles) son muy frecuentemente utilizadas para realizar lavados secuenciales.

Comentarios y síntesis i) Frente a una mezcla de sustancias a separar hay que reconocer primero, los grupos funcionales ácidos, básicos o neutros presentes. Seguidamente se debe analizar la solubilidad en agua o en fase orgánica de los componentes de dicha mezcla. Si se encuentran presentes compuestos solubles en agua, éstos deberán separarse antes de extraer con soluciones acidas o básicas. ii) Es posible diferenciar entre grupos ácidos y débilmente ácidos:  Los fenoles se extraen sólo con solución de NaOH.  Los ácidos orgánicos se pueden extraer con solución de bicarbonato de sodio. A este pH los fenoles no pasan a fenóxidos, exceptuando aquellos que presenten grupos atractores de electrones en el anillo aromático (ej.: nitro-fenoles). iii) Los disolventes orgánicos utilizados en extracción deben tener baja solubilidad en agua, alta capacidad de solvatación hacia la sustancia que se va a extraer y bajo punto de ebullición para facilitar su eliminación posterior.

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Capítulo: Trabajo Práctico Nro. 1: Extracción Ácido - Base

Los extractos etéreos reunidos sumarán 0,76 g de aspirina, lo que representa 0,08 g más que la cantidad separada al realizar un sólo paso de extracción (un 8% más eficiente resulta la doble extracción).

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E.T. Nro. 27 Hipólito Yrigoyen TRABAJOS PRÁCTICOS DE QUÍMICA ORGÁNICA Il iv) El coeficiente de reparto o distribución de un soluto, ante su líquido de disolución y su líquido extrayente es constante y depende de la naturaleza de dicho soluto, así como de la naturaleza de ambos disolventes y de la temperatura de trabajo. v) La extracción selectiva se emplea para separar mezclas de compuestos orgánicos, en función de la acidez, de la basicidad o de la neutralidad de éstos. vi) Los compuestos iónicos son más solubles en agua que los compuestos covalentes y éstos, son más solubles en disolventes orgánicos que aquéllos.

Extracción ácido-base (ejemplo) Se tiene una solución etérea de naftaleno, impurificada con ácido benzoico y N, N-dimetil anilina ¿cómo lograr, mediante extracción ácido-base, tener los compuestos separados? Primer paso: se pone en contacto la solución etérea de la mezcla con porciones frescas de HCl 5%. Se extrae cada vez, una dada cantidad de N,N-dimetil anilina, pues la pequeña proporción de la amina que se disuelve en agua (y daría lugar a un

𝑒𝑡𝑒𝑟 𝐾𝑑𝑎𝑔𝑢𝑎 grande), se

Esto implica la "desaparición" de la N,N-dimetilanilina disuelta como tal, y por lo tanto, el pasaje de más moléculas de amina libre a la fase acuosa (ya que Kd es una constante por el Principio de Le Chatelier el equilibrio se desplaza hacia la derecha). Este paso se repite algunas veces, para asegurar una extracción eficiente, hasta la desaparición de la N,N-dimetilanilina de la fase etérea original (I). Se tienen entonces, varias fracciones de solvente acuoso de extracción y, reunidos, contienen la totalidad de la amina como cloruro de N,N-dimetilanilonio. Segundo paso: Se pone en contacto la solución etérea original (I) (que ahora sólo contiene naftaleno y ácido benzoico) con solución de NaOH 5%. Se extraerá ahora el ácido benzoico, pues:

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Capítulo: Trabajo Práctico Nro. 1: Extracción Ácido - Base

protona, formándose una nueva especie: Cloruro de N,N-dimetilanilonio, muy soluble en agua.

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𝑒𝑡𝑒𝑟

La pequeña proporción de ácido que se disuelve en el agua (daría lugar a un 𝐾𝑑𝑎𝑔𝑢𝑎 grande), se ioniza, formándose la sal del anión carboxilato. Esto implica la "desaparición" de la "especie ácido benzoico disuelto en agua como tal y, por lo tanto, el pasaje de más moléculas de ácido benzoico a la fase acuosa (Kd = cte; Principio de Le Chatelier). Este paso se repite algunas veces, con alícuotas nuevas de solución alcalina, para asegurar una extracción eficiente; hasta la desaparición del ácido benzoico de la fase etérea (I). Dicha fase etérea original (I), quedó, por lo tanto, con naftaleno como único soluto.

Consideraciones experimentales La técnica do extracción se emplea muy frecuentemente para lograr el aislamiento de productos naturales, o para purificar el producto sintetizado en una reacción. Algunas posibles situaciones de extracción son: 1) Aislamiento de productos orgánicos de una solución acuosa, por extracción con un solvente orgánico. 2) Purificación del compuesto orgánico deseado, separando sales y ácidos o bases formados en la reacción, por extracción con agua ("lavados"). 3) Separación de ácidos o bases orgánicas, de otros compuestos orgánicos presentes en una fase orgánica, por extracción con ácidos o bases diluidas. En todos estos casos se puede aplicar una extracción simple, con la ayuda de una ampolla de decantación.

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Capítulo: Trabajo Práctico Nro. 1: Extracción Ácido - Base

La forma más sintética y sencilla de expresar la secuencia descripta, es la que se observa en el siguiente gráfico.

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¿Cómo se manipula la ampolla de decantación? Las ampollas alongadas permiten observar mejor la zona de separación de fases, cuando se está decantando. Las ampollas tienen un robinete en su parte inferior, por donde drenará el contenido al vástago. Antes de usar cualquier ampolla de decantación, verificar que el robinete no pierda. Para llevar a cabo la extracción, se coloca la solución dentro de la ampolla con el robinete cerrado, La ampolla se encuentra soportada por un aro, y con un recipiente colector por debajo. Se agrega, entonces, el volumen del solvente de extracción elegido, de tal forma de no llenarla más allá de 3/4 de su volumen. El orificio superior de la ampolla se cierra con un tapón de Teflón o esmeril. Para agitar el contenido, se toma la ampolla de tal forma de presionar el tapón con la palma de la mano. Se debe agitar vigorosamente para lograr que los dos líquidos inmiscibles se mezclen íntimamente, tanto como sea posible. Es decir, el propósito es aumentar la superficie de contacto entre los dos solventes, para que la distribución del soluto se equilibre en el menor tiempo posible.

Aclaración: Es muy común que se descarte la fase equivocada y lo verifiquen demasiado tarde. Como prevención, se sugiere guardar ambas fases, hasta que no quede duda sobre la identidad de cada una.

Capítulo: Trabajo Práctico Nro. 1: Extracción Ácido - Base

Durante la agitación, aumenta la temperatura del contenido de la ampolla, ya sea por el color de disolución liberado, o por el contacto con las manos; de tal forma que aumenta la presión en su interior. Es necesario liberar la presión formada.

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Para liberar la presión que se desarrolló dentro de la ampolla, se debe invertir la misma (con el robinete para arriba), manteniendo la tapa bien cerrada, y entonces abrir cuidadosamente el robinete. Este procedimiento es particularmente importante cuando los solventes tienen bajo P.E., o se extrae una solución acida con bicarbonato de sodio (se libera CO2), etc. Si no se realizara esta operación, puede desprenderse violentamente el tapón, o eventualmente, estallar la ampolla, perdiéndose el contenido de la misma y pudiendo ocasionar lesiones (de piel, oculares, etc.). Luego so dejan separar las fases y, cuidadosamente, se drena la fase inferior al recipiente colector (si la ampolla está tapada no drenará el líquido, ¿por qué?). Como regla general las fases se separaron de tal forma que el solvente más denso va al fondo. Sin embargo, a veces ocurre que la concentración de solutos presentes, puede alterar la densidad de alguna fase hasta el punto de invertir las densidades relativas de los solventes (a veces esto se debe al efecto "salting out").

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Secado de solventes orgánicos El secado de soluciones orgánicas consiste en agregar el desecante, dejando en reposo el sistema unos minutos luego de agitarlo de vez en cuando. Luego se filtra. Los agentes desecantes más comunes son aquellos que no afectan o reaccionan con la mayoría de los compuestos orgánicos. Algunos ejemplos son: 1) MgS04 = alta capacidad, mediana intensidad, rápida acción, barato. Es uno de los más usados. 2) Na2S04= alta capacidad, baja intensidad, rápida acción. Muy usado. 3) CaCl2 = alta intensidad; se lo utiliza principalmente con hidrocarburos y halogenuros de alquilo, porque forma complejos con la mayoría de los compuestos que tienen O y N. 4) CaSO4 = (Drierite)= muy alta intensidad, baja capacidad, rápido. Se lo utiliza para secado de gases. 5) K2CO3 = se lo utiliza para secar alcoholes, por ser muy insoluble en ellos. Tiene capacidad e intensidad intermedias. 6) Tamices moleculares (molecular sieves) son complejos de silicatos con una estructura porosa tal que atrapa selectivamente moléculas de agua. Muy buen agente desecante. La cantidad de agente desecante a utilizar es aproximadamente una décima o vigésima parte del volumen a secar. Se permite el contacto líquido-desecante durante 10 a 20 minutos y luego se elimina por filtración rápida. Las mezclas pueden ser:  Naftaleno, ácido benzoico y una amina.  β naftol y ácido benzoico.  β naftol, ácido benzoico, benzoato de sodio y difenilamina.  Otras, según criterio del docente

Nota: realizar en todos los casos el diagrama de flujo correspondiente.

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Capítulo: Trabajo Práctico Nro. 1: Extracción Ácido - Base

Si quedaron restos de sólidos en la interfase (a veces forman una tercera capa), es necesario filtrar el sistema heterogéneo antes de la separación. Luego de la extracción, la fase orgánica está saturada con agua, y es necesario secarla, antes de evaporarla. El agua es una impureza que siempre hay que sacar antes de evaporar el solvente (o antes de destilar). Normalmente se utilizan sales que forman hidratos, como agentes desecantes. La eficiencia del secado dependerá del grado del desplazamiento del equilibrio sal - sal hidratada, hacia la derecha (intensidad); del grado de hidratación (capacidad de incorporar una o más moléculas de agua en el hidrato), y de la velocidad con que se llegue al equilibrio citado.

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Cuestionario 1. La solubilidad del yodo en agua es 0.029 g/100 ml y en cloruro de metileno es de 2.91 g/100 ml. Calcular la constante de reparto. 2. Teniendo en cuenta la solubilidad del yodo en agua, calcular los gramos de yodo presentes en 15 ml de disolución acuosa. 3. Calcular la cantidad de yodo extraída partiendo de 1g realizando tres extracciones consecutivas con 5 ml de cloruro de metileno y el tanto por ciento total extraído. 4. Calcular el volumen de cloruro de metileno que se hubiera necesitado para extraer la misma cantidad de yodo en una sola operación. 5. ¿Por qué se debe destapar siempre un embudo de separación (ampolla de decantación) cuando se está sacando, a través del robinete, el líquido que contiene? 6. ¿Qué desventajas presentaría un disolvente cuya densidad fuese muy semejante a la del agua? 7. De acuerdo a la siguiente tabla, Punto de ebullición °C

Disolvente

Densidad g/ml

Éter dietílico

0.7135

34.6

7.520 (Nota1)

1.32

39

2.0

0.792

56.5

∞

Cloruro de metileno Acetona

Solubilidad en g/100 ml H20

¿Cuál o cuáles de éstos disolventes al mezclarse con agua formará dos fases inmiscibles? 8. Sobre la base de lo observado en la práctica o lo razonado teóricamente completar las siguientes reacciones y fundamentarlas:

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Capítulo: Trabajo Práctico Nro. 1: Extracción Ácido - Base

Nota 1: El valor 7.520 significa que 7.5 g. de éter etílico son solubles en 100 ml de agua a una temperatura de 20°C.

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E.T. Nro. 27 Hipólito Yrigoyen TRABAJOS PRÁCTICOS DE QUÍMICA ORGÁNICA Il 9. Conteste las siguientes preguntas: De los compuestos que fueron solubles en HCI 10% a. ¿Cómo los volvería a insolubilizar? b. ¿Qué haría para recuperarlos ya como sólidos? De los compuestos que fueron solubles en NaOH 10% a. ¿Cómo los volvería a insolubilizar? b. ¿Qué haría para recuperarlos ya como sólidos? Si se tuviese un sistema de dos fases inmiscibles, una orgánica y una acuosa con pH ácido, deduzca qué productos de las reacciones anteriores serán más solubles en la fase acuosa. Para el mismo sistema de fases, donde la fase acuosa tenga pH básico, qué productos de las reacciones anteriores serán solubles en la fase acuosa.

Capítulo: Trabajo Práctico Nro. 1: Extracción Ácido - Base

10. Diseñar un diagrama de separación de los compuestos indicados:

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E.T. Nro. 27 Hipólito Yrigoyen TRABAJOS PRÁCTICOS DE QUÍMICA ORGÁNICA Il 11. Diga cuál de los siguientes sistemas de disolventes mezclados con agua son factibles para la extracción. ¿De acuerdo a su densidad y pto. de ebullición, en qué fase quedarían ubicados los disolventes?

Solvente Agua Hexano Tolueno Ac. acético Ac. clorhídrico

Densidad g/ml 1,000 0,659 0,867 1.049 1,048

Pto. de eb. °C 100 69 110.8 118.1 103

12. Indicar la diferencia existente entre extracción y lavado. 13. Diseñar un diagrama de separación de los siguientes compuestos a. Difenil amina – benzoato de sodio – NaCl

Capítulo: Trabajo Práctico Nro. 1: Extracción Ácido - Base

b. Benzoato de sodio – ácido benzoico – naftaleno

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Informe Trabajo Práctico N° 1

Extracción acido base Integrantes del equipo

Fecha comienzo de la práctica: Fecha fin de la práctica:

Masa

Punto de fusión

Sustancia

crudo

tablas

1ra. det. 2da. det.

Inicial

Final

Rendimiento

 Diagrama de separación 

Observaciones y justificaciones

 Fuentes de pérdidas de producto



Ptos. de pérdidas de productos



Comparativa de Ptos. de fusión.



Otras

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Capítulo: Trabajo Práctico Nro. 1: Extracción Ácido - Base

 Conclusiones:

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Trabajo Práctico Nro. 2: Síntesis del Ácido Benzoico Fundamentos teóricos Los aldehidos son un tipo de compuestos caracterizados por contener un grupo carbonilo unido a un hidrógeno y a un grupo alquilo o arilo.

La electronegatividad del carbono y del oxígeno (en la escala de Pauling) es de 2.5 y 3.5 respectivamente. Debido a esta gran diferencia de electronegatividad, el grupo carbonilo se halla marcadamente polarizado. La polaridad del grupo carbonilo influye sobre las propiedades de solubilidad de las moléculas que lo contienen. No es extraño que un compuesto orgánico sea soluble en disolventes orgánicos, la propiedad más interesante es que debido al dipolo presente en el grupo carbonilo, su extremo negativo puede formar enlaces de hidrógeno con el agua y con disolventes polares protónicos del tipo de los alcoholes. Si los grupos enlazados al grupo carbonilo no son muy grandes, la molécula puede ser soluble en agua. En general, esto es así para aldehídos y cetonas de bajo peso molecular.

En el caso del benzaldehído, este es un compuesto que se caracteriza por su olor a almendras amargas. Dos aldehídos cuyos nombres indican su olor son el cinamaldehído y la vainillina o 4-hidroxi-3- metoxibenzaldehído. El primero huele a canela, siendo uno de los componentes de esta especia, mientras el segundo, como su nombre indica, huele a vainilla, con un olor tan intenso que casi resulta repulsivo. Los aldehídos pueden oxidarse fácilmente dando lugar a ácidos orgánicos que pueden ser considerados como derivados del ácido carbónico en el cual uno de los grupos OH es reemplazado por un grupo orgánico: Los ácidos carboxílicos son mucho más estables que el ácido carbónico y pierden dióxido de carbono sólo mediante fuerte calentamiento (unos 250* C). Todos los ácidos carboxílicos poseen un cierto carácter ácido, dependiendo el pKa de la estructura global de cada compuesto. Aunque muchos ácidos tienen nombres que proporcionan indicaciones de su estructura o de sus propiedades, en muchos no es así; el ácido benzoico, por ejemplo, se denomina así debido a que se aisló en una secuencia de reacciones que partían de compuestos que se hallan en la planta llamada benzoe. Este compuesto se utiliza como aditivo alimentario con el código E 210.

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Capítulo: Trabajo Práctico Nro. 2: Síntesis del Ácido Benzoico

Por otro lado, el olor de un compuesto es siempre consecuencia de su estructura global. Es una creencia general que los receptores olfativos tienen formas definidas. Algunas moléculas con grupos funcionales y reactividad distintas pueden tener un olor parecido, debido a que su forma es muy similar.

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Objetivos Realizar la oxidación de un aldehido. La oxidación del benzaldehído se realizará empleando como oxidante un reactivo inorgánico: el KMnO4 en medio básico. Como resultado obtendremos la sal alcalina de un ácido carboxílico, el ácido benzoico y MnO2, forma reducida del permanganato potásico.

𝐶6 𝐻5 − 𝐶𝐻𝑂 + 𝐾𝑀𝑛𝑂4 → 𝐶6 𝐻5 − 𝐶𝑂𝑂𝐾 + 𝑀𝑛𝑂2

Material y productos Material • • • • •

2 erlenmeyer de 100 ml. 1 vaso de precipitado de 500 ml. 1 vaso de precipitado de 100 ml. 1 embudo cónico pequeño. 1 pipeta de 10 ml.

• • • •

1 probeta de 25 ml o de 50 ml. 1 termómetro. 1 soporte. 1 pinza.

Reactivos • • • • •

Benzaldehído. Permanganato potásico. Hidróxido sódico en lentejas. Ácido clorhídrico concentrado. Etanol.

Procedimiento experimental

Tras añadir la última porción de KMnO4, se mantendrá el matraz, a la misma temperatura de 70*C, durante, al menos, otros 10 minutos. Transcurrido este tiempo, tras el que probablemente persistirá el color del permanganato, se procederá a destruir el exceso del mismo.

Capítulo: Trabajo Práctico Nro. 2: Síntesis del Ácido Benzoico

Se pesan aproximadamente 5 g de NaOH en un erlenmeyer y se disuelven en 50 ml de agua. Advertencia: al disolver NaOH en agua, se genera una gran cantidad de calor; por tanto, esta disolución debe hacerse con precaución, y enfriando el matraz si fuera preciso.

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Igualmente se pesan aproximadamente 8 g de KMnO4 y se añade una pequeña porción a la disolución de NaOH, junto con 5 ml de benzaldehído. La mezcla de reacción toma inicialmente color púrpura (debido al permanganato potásico) y lentamente pasa primero a verde y finalmente aparece un precipitado de color marrón (MnO2). El erlenmeyer se calienta al baño de María a unos 70*C. Debido a que el permanganato potásico es un oxidante fuerte y puede reaccionar violentamente con el benzaldehído, debe añadirse lentamente a la mezcla de reacción. El procedimiento a seguir es el siguiente: añadir una pequeña porción de permanganato, el color púrpura inicial desaparece poco a poco, pasando a verde y finalmente a marrón, indicando que se ha consumido todo el permanganato. Entonces se añade una nueva porción y así sucesivamente (tener en cuenta que el KmnO4 se añade en exceso con respecto al benzaldehído). Durante este proceso, se agitará periódicamente el matraz, procurando homogeneizar la mezcla. El período a lo largo del que se debe añadir el KMnO4 no debe durar menos de media hora. Se debe procurar disolver el KMnO4 que quede adherido a las paredes, añadiendo incluso un poco más de agua para rebañar las paredes (el volumen total no debe superar los 75 ml).

E.T. Nro. 27 Hipólito Yrigoyen TRABAJOS PRÁCTICOS DE QUÍMICA ORGÁNICA Il Para eliminarlo se añaden poco a poco y dentro del baño, unos 5 a 20 ml de alcohol etílico hasta que todo el permanganato quede reducido, lo que se manifiesta por el cambio de color (se agitará durante aproximadamente 15 minutos). Se filtra a vacío y en caliente1 la mezcla a través de un büchner. En el filtro quedará MnO2 sólido que será desechado y en el filtrado transparente estará disuelto el ácido benzoico bajo la forma de benzoato potásico. El líquido filtrado se traspasa a un vaso de precipitado de 500 ml. Para aislar el ácido benzoico se acidula poco a poco con HCl concentrado hasta acidez, añadiendo luego un ligero exceso de ácido (unos 5 ml). Se filtra el precipitado y se lava con un poco de agua fría. El producto impuro se recristaliza en agua (véase la solubilidad a diferentes temperaturas en la tabla que se adjunta), empleándose la mínima cantidad de agua caliente que disuelva el benzoico (volumen recomendado total: 50 ml). Una vez recristalizado, se filtran de nuevo los cristales, escurriendo bien y lavando con una pequeña cantidad de agua helada. Los cristales se secan y pesan para calcular el rendimiento y se realizará una CCD buscando primeramente el solvente de elución.

Solubilidad en agua del ácido benzoico a diferentes temperaturas.

Solubilidad g/l

1

0

20 50

75

1.7 2.9 9.5 22.0

Cuando se dice filtrar en caliente, hay que tener en cuenta que antes de pasar el líquido caliente a filtrar, hay que calentar el filtro, pasando un poco de agua caliente por el mismo.

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Capítulo: Trabajo Práctico Nro. 2: Síntesis del Ácido Benzoico

Temperaturas ºC

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Informe Trabajo Práctico N° 2

Síntesis del Ácido Benzoico Integrantes del equipo

Fecha comienzo de la práctica: Fecha fin de la práctica:

Rendimiento Acido Benzoico Teórica

Real

Rend.

Masa (gr)

Punto de fusión Temperatura de fusión Crudo

1ra. det. 2da. Det.

Cromatografía

Observaciones

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Capítulo: Trabajo Práctico Nro. 2: Síntesis del Ácido Benzoico

Producto

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Trabajo Práctico Nro. :3 Formación de ésteres Síntesis de la aspirina (ÁCIDO ACETILSALICÍLICO)

Fundamento teorico La Aspirina, nombre comercial registrado por la Bayer, es el Ácido acetilsalicílico ó éster etílico del ácido orto oxibenzóico (y para otros autores, éter etánico del ácido orto oxibenzóico). Se obtiene por acetilación (ó etilación) del ácido Salicílico con anhídrido Acético en presencia de ácido sulfúrico concentrado (unas gotas). Es el –OH fenólico del ácido salicílico el que se etila (ó acetila). El nombre de “ASPIRINA” proviene de una planta, rica en salicilatos, llamada comunmente “La reina de los prados” y científicamente Spiraea ulmaria (actualmente “Filípula ulmaria”). Así pues, su nombre se compuso de esta forma: A, del radical Acetil; SPIR, abreviatura de Spirsaüre, que en alemán significa “ácido de la Spiraea”; e INA, sufijo propio de muchos fármacos y compuestos químicos. La aspirina es el fármaco que mayor empleo ha recibido en la sociedad moderna, siendo el más empleado para la automedicación.

Sin embargo, pronto resultó evidente que el uso del ácido salicílico se veía limitado por sus propiedades acidas ya que producía irritación en las mucosas de la boca, del esófago y del estómago. La solución llegó en 1893 cuando un químico de la casa Bayer, Félix Hoffman, diseñó una síntesis sencilla del ácido acetilsalicílico (compuesto 2), el cual presentaba las mismas propiedades farmacológicas pero no tenía ya ese gusto desagradable y no irritaba excesivamente la mucosa gástrica. Esta sustancia fue rebautizada como aspirina®. ¿Por qué el compuesto 1 es más ácido que el 2? Al comparar entre 1 y 2, ¿qué grupos funcionales crees que son los responsables de la acción farmacológica de la aspirina?

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Capítulo: Trabajo Práctico Nro. :3 Formación de ésteres

Su historia se remonta al año 1763 cuando se descubrió que el extracto de corteza de sauce era capaz de reducir los síntomas febriles de la malaria. Este mismo producto natural fue aplicado un siglo después para aliviar los síntomas del reumatismo. Al poco tiempo, se aisló e identificó el verdadero principio activo que era el ácido salicílico (compuesto 1). Dicha sustancia pudo entonces sintetizarse químicamente en grandes cantidades para su uso en medicina. Así, un mismo producto presentaba las propiedades de un analgésico (alivio de dolor), antipirético (disminución de fiebre) y de antiinflamatorio.

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E.T. Nro. 27 Hipólito Yrigoyen TRABAJOS PRÁCTICOS DE QUÍMICA ORGÁNICA Il De entre los más de 40 compuestos sustitutivos de la aspirina, los analgésicos más populares son el tylenol® y el ibuprofén®: Compáralos con la estructura de la aspirina, y trata de identificar qué grupos funcionales están detrás de su efecto analgésico.

La aspirina, actúa inhibiendo la biosíntesis de prostaglandinas, compuestos que inducen el dolor, la inflamación y la fiebre. Asimismo, la aspirina posee un moderado efecto anticoagulante derivado de la inhibición que ejerce en la biosíntesis del tromboxano, un agregador plaquetario, y que ha llevado a su utilización en la prevención del infarto de miocardio y de ataques al corazón por formación de trombos. El propio ácido salicílico es un analgésico. En realidad, es éste el producto que puede extraerse de varias plantas medicinales capaces de aliviar el dolor. Inicialmente, el fármaco se administró en forma de sal sódica. Sin embargo, el uso del salicilato sódico producía molestos efectos secundarios, y pronto se buscó una modificación del fármaco que retuviese los efectos terapéuticas de este compuesto, sin presentar los efectos secundarios indeseables. Por tratamiento del ácido salicílico con anhídrido acético se obtiene el ácido acetilsalicílico, un compuesto tan eficaz como el salicilato sódico, pero de reducidos efectos secundarios. El mismo tipo de estrategia se empleó más tarde para la modificación de otro potente analgésico, la morfina. En este caso el problema consistía en su capacidad de crear adicción y, con la idea de solventarlo, se acetiló la morfina, obteniéndose la diacetilmorfina o heroína. La estrategia no tuvo el mismo éxito que con el ácido salicílico. Es interesante observar que, aunque las estructuras de la aspirina (ácido acetilsalicílico) y de la esencia de gaulteria (salicilato de metilo) son muy similares, la primera es un analgésico mientras que la segunda se emplea principalmente como agente aromatizante.

Capítulo: Síntesis de la aspirina

No obstante, la esencia de gaulteria forma parte de muchos linimentos, pues se absorbe a través de la piel. Una vez absorbido, el salicilato de metilo puede hidrolizarse a ácido salicílico, el cual actúa como analgésico, aunque sea de forma localizada.

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E.T. Nro. 27 Hipólito Yrigoyen TRABAJOS PRÁCTICOS DE QUÍMICA ORGÁNICA Il El ácido acetilsalicílico se prepara fácilmente en el laboratorio por esterificación del grupo hidroxilo del ácido salicílico (ácido 2-hidroxibenzoico). La formación de un éster a partir de un ácido carboxílico y un alcohol (esterificación de Fischer) es un proceso que sólo se produce si se utiliza como catalizador un ácido fuerte: ácido orto-fosfórico, ácido sulfúrico, etc. Es una reacción de equilibrio que puede evolucionar en ambas direcciones dependiendo de las condiciones empleadas.

El ácido acetilsalicílico es un éster de ácido acético y ácido salicílico (este último actúa como "alcohol"). Observa cómo una reacción de esterificación en medio ácido alcanza una situación de equilibrio. La posición exacta del equilibrio depende conjuntamente de la estructura del ácido y del alcohol, pero se puede lograr que la reacción se complete en un sentido o en otro utilizando distintas técnicas como, por ejemplo:  Utilizar un exceso de ácido acético  Separar el éster que se forma mediante un proceso de destilación.  Añadir un agente desecante que elimine el H20. ¿Qué procedimiento crees que es el más eficaz para desplazar el equilibrio en la síntesis de aspirina? ¿Por qué? Una aspirina que no se mantiene seca se descompone y da un olor punzante y agrio. ¿Qué reacción tiene lugar?

El Mecanismo de Esterificación en Medio Ácido Quizás el aspecto más destacado del siguiente mecanismo es la participación del catalizador ácido, en forma de protones que van y vienen, pero que no se consumen en la reacción. De este modo, cuando un grupo carbonilo acepta un protón transitoriamente, incrementa su carácter electrofílico y puede ser atacado por un nucleófilo débil como es un grupo hidroxilo.

En el siguiente esquema esbozamos el mecanismo de la esterificación de ácido acético por etanol. Por supuesto, el mecanismo de todas las reacciones de esterificación es esencialmente idéntico. Fíjate bien en los distintos pasos del mecanismo {profanación, ataque nucleofílico, etc.) y en la existencia de intermedios de reacción tetraédricos en los que el C sp2 del grupo ácido adquiere temporalmente hibridación sp3.

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Capítulo: Síntesis de la aspirina

Date cuenta también que un sentido de este mecanismo se corresponde con la reacción de esterificación y el otro sentido con la hidrólisis de un éster, o sea, se trata de un proceso reversible.

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E.T. Nro. 27 Hipólito Yrigoyen TRABAJOS PRÁCTICOS DE QUÍMICA ORGÁNICA Il ¿Depende el mecanismo del tipo de ácido que se emplee como catalizador?

¿Por qué este mecanismo de reacción corresponde a un proceso reversible?

Aunque se pueden obtener ésteres de ácido por interacción directa del ácido acético con un alcohol o un fenol, se suele usar un sustituto del ácido acético, anhídrido acético, como agente acetilante. Éste permite producir ésteres de acetato con velocidad mucho mayor, que por la acción directa del ácido acético.

Mecanismo de sustitución nucleofílica acílica

Capítulo: Síntesis de la aspirina

El mecanismo de reacción de sustitución nucleofílica acílica comprende el ataque y adición de una base de Lewis (alcohol, agua, amoniaco o una amina) a un carbono carboxílico parcialmente positivo usando un par solitario de electrones. El resultado es un intermediario tetraédrico que elimina rápidamente una molécula de ácido carboxílico para formar el producto final. Este mecanismo se ilustra empleando anhídrido metanoico y metanol. Explica por qué el anhídrido acético es más reactivo que el ácido acético. El mecanismo por el cual transcurre esta reacción es el siguiente

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E.T. Nro. 27 Hipólito Yrigoyen TRABAJOS PRÁCTICOS DE QUÍMICA ORGÁNICA Il En la práctica, aunque el ácido salicílico puede extraerse de plantas como el abedul o la gaulteria, suele obtenerse por síntesis mediante la carboxilación del fenol según Kolbe. En la reacción de Kolbe se transforma un fenol en un ácido fenólico por la acción de una base y del dióxido de carbono. A escala industrial es una reacción muy eficaz.

Observaciones La reacción se puede desplazar hacia la formación del éster eliminando el agua a medida que se va formando y/o utilizando un exceso de uno de los dos reactivos - Le Chatelier (generalmente de alcohol). Por otra parte, la concentración de ácido acetilsalicílico en las tabletas de aspirina puede determinarse por valoración con NaOH hasta punto final de la fenolftaleína. Como el ácido acetilsalicílico se hidroliza fácilmente para dar acético y ácido salicílico, el disolvente agua no resulta adecuado como medio para llevar a cabo dicha valoración:

Como los protones carboxílicos tanto del ácido acético como del salicílico se neutralizan hasta punto final de la fenolftaleína, la hidrólisis del producto de partida dará resultados más altos y, en consecuencia, un error por exceso. La reacción de hidrólisis tiene lugar tanto más lentamente cuanto más baja sea la temperatura; y se reduce en parte disolviendo inicialmente la muestra en un disolvente no acuoso como el etanol.

Objetivo de la práctica: Obtener ácido acetilsalicílico a partir de la esterificación de Fisher, en presencia de ácido fosfórico al 85%. Purificar la aspirina mediante recristalización

• • • •

1 micro balón de 100 ml. 1 vaso de precipitado de 500 ml. 1 probeta de 10 ml. 1 varilla de vidrio.

• • • •

1 trípode con rejilla de amianto. 1 embudo cónico. 1 embudo Buchner. 1 matraz kitasato de 250 ml.

Reactivos • • • • •

Ácido salicílico. Anhídrido acético. Solución de ácido fosfórico al 85%. o Ácido sulfúrico conc. Etanol. NaOH 0.1N factorizada.

Procedimiento experimental

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Capítulo: Síntesis de la aspirina

Material

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E.T. Nro. 27 Hipólito Yrigoyen TRABAJOS PRÁCTICOS DE QUÍMICA ORGÁNICA Il En un micro balón de 100 ml se coloca aproximadamente 2,5 g de ácido salicílico (tomar nota de la cantidad pesada) y con precaución se añaden 5 ml de anhídrido acético y unas gotas de ácido fosfórico 85% o ácido sulfúrico concentrado. Se agita suavemente la mezcla para homogeneizar la mezcla, se añade un trocito de porcelana porosa y se acopla al balón un refrigerante. El medio de reacción se mantiene a 80°C - 85°C durante 20 minutos, sumergiendo para ello el balon en un baño de agua previamente calentado. Al finalizar la reacción, se aparta el matraz del baño y se enfria un poco en baño de agua. Se vuelca el sistema sobre agua fria con unos trozos de hielo molido. Si el sólido no aparece o precipita en aceite, se rasca suavemente la pared con una varilla de vidrio. Cuando el producto haya cristalizado totalmente, se recoge por filtración y se lava varias veces con pequeñas cantidad de agua destilada fría hasta que se haya eliminado el ácido acético.

Recristalización El ácido acetilsalicílico puede purificarse por recristalización en una mezcla de disolventes por ejemplo etanol/agua. Para ello se coloca la aspirina obtenida en un vaso de precipitado de 100 ml y se la disuelve en la menor cantidad de etanol caliente posible, añadir lentamente agua fría hasta enturbiamiento, calentar un poco más. Si hay impurezas filtrar en caliente. Dejar enfriar la solución a temperatura ambiente durante 10-15 minutos. Cuando se inicie el enturbiamiento, se rasca la pared del vaso con una varilla de vidrio 2, hasta que recristalice la aspirina. Enfriar en baño de hielo durante 10 minutos para completar la cristalización y filtrar a vacío en Büchner. Lavar los cristales con porciones de 3 ml de agua fría hasta que las aguas de lavado no den color violáceo al añadirle unas gotas de cloruro férrico, (por qué) Poner los cristales en una cápsula de Petri a secar al aire. Pesar el producto y calcular el rendimiento del proceso de recristalización.

La aspirina sintetizada se valorará para determinar su pureza. ¿Cuál es el reactivo limitante en la reacción?. (buscar la densidad del anhídrido acético) ¿Por qué debes realizar un secado de los cristales de ácido acetilsalicílico en vacío y no en la estufa? ¿No sería más sencillo usar la estufa?

2

Al rascar la pared del vaso con la varilla de vidrio se desprenden pequeñas partículas de éste, favoreciendo la cristalización. Pensar y buscar en la bibliografía el mecanismo por el que se favorece la cristalización mediante este proceso

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Capítulo: Síntesis de la aspirina

Otro solvente de recristalización puede ser el acetato de etilo. El agua caliente no es un disolvente de recristalización adecuado porque en la disolución caliente, la aspirina experimenta una hidrólisis parcial a ácidos salicílico y acético.

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Caracterización de la aspirina  Test de cloruro férrico La adición de cloruro férrico al ácido salicílico produce un color específico causado por la reacción del ácido salicílico con el ion Fe+3. Los átomos de oxígeno del grupo -COOH y del grupo -OH del ácido salicílico forman un complejo con el ion metálico. Dicho complejo presenta un intenso color violeta. En el caso específico de la aspirina, el grupo -OH ha sido reemplazado por el grupo éster -O-COCH3, lo cual impide la formación del complejo. Tomar 2 tubos de ensayo e identificarlos como Tubo 1 y Tubo 2. En cada tubo adicionar 1 ml de etanol y una gota de solución al 1% de cloruro férrico (FeCI3). En el Tubo 1 agregar una pequeña cantidad de ácido salicílico. mientras que en el Tubo 2 agregar la misma cantidad de ácido acetilsalicílico. Anotar observaciones.

Test de calor Cuando la aspirina es calentada a elevadas temperaturas en presencia de agua, esta sufre una hidrólisis, descomponiéndose en ácido salicílico y ácido acético. Un resultado positivo del test será indicado por un fuerte olor (recordar que el vinagre debe su olor al ácido acético). En un tubo de ensayo adicionar una pequeña cantidad de producto. Calentar suavemente para fundir. Remover del calor y analizar olor de los vapores desprendidos. Anotar observaciones.

Las medidas de punto de fusión son efectivas en la identificación y en la determinación del grado pureza de un compuesto. Determinar el pto. De fusión del ác. acetilsalicílico.

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Capítulo: Síntesis de la aspirina

 Temperatura de fusión

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 Cromatografía de la aspirina Se utilizarán cromatoplacas recubiertas con sílica geI, con indicador de fluorescencia de 4cm x 10cm. Se realizarán tres siembras "a una distancia de 1,5 cm de distancia entre ellas La primera con un patrón de ácido acetil salicílico (aspirina pura), la segunda con la muestra a analizar en una solución de concentración 0,5 mg\ml y la tercera con un patrón de ácido salicílico, siempre a la misma concentración aproximada. Las siembras se realizarán con capilares de punta muy fina. Se colocará una gota lo más pequeña de cada una de las sustancias se seca abanicando y se vuelve a sembrar encima. Las cubas cromatográficas se pueden armar en frascos tapados y saturadas previamente en el solvente de desarrollo. Las paredes del vaso pueden ser cubiertas con un papel de filtro impregnado en el solvente. El solvente de desarrollo será etanol 60 - agua 10 - etanol 30. Luego de sembradas se introducen las placas en las cubas cuidando que el frente del solvente quede por debajo de la línea de siembra. Se deja correr hasta que el frente alcance aproximadamente 1 cm por debajo del borde superior de la placa. Se seca con secador o por radiación. Se revelan con luz uv de 254 nm. Se calculan los Rf. Se dibuja con lapiz la forma de la mancha y se calcula el Rf

 Determinación del contenido en ácido acetilsalicílico de aspirina comercial Hacer un blanco para la valoración:  Poner en un erlenmeyer: 25 ml de etanol y 4 gotas de fenolftaleína.  Valorar con NaOH 0,1N hasta coloración permanente de la disolución (incoloro  rosa). (Anotar los ml del valorante gastados).  Pesar una tableta de aspirina y anotar el peso.  Triturarla en un mortero y pesar 0,3 g de la muestra triturada (anotar exactamente el peso).  Añadir 25 ml de etanol para disolver el sólido.  Añadir 4 gotas de fenolftaleína. 

Valorar inmediatamente hasta el punto de viraje del indicador (incoloro  rosa).

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Capítulo: Cromatografía de la aspirina

Valorar las muestra de aspirina comercial:

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 Determinación de la pureza del ácido acetilsalicílico sintetizado mediante valoración  Pesar 0,3 g del producto obtenido (Anotar exactamente el peso)  Añadir 25 ml de etanol para disolver el sólido.  Añadir 4 gotas de fenolftaleína  Valorar inmediatamente hasta el punto de viraje del indicador (incoloro  rosa).

Cuestionario 1. Determine mediante cálculos el reactivo limitante v el reactivo en exceso en esta reacción. 2. ¿Por qué el ácido sulfúrico actúa como catalizador de la reacción? 3. Explique el mecanismo de reacción en la síntesis de aspirina. 4. Determine el % de rendimiento de la reacción. Explique los motivos por los cuales el rendimiento es menor al 100%. 5. De qué forma cada Test contribuye a la caracterización y determinación de pureza de la aspirina. 6. ¿Cómo podría purificarse la aspirina? 7. ¿Por qué al finalizar la síntesis de la aspirina y la misma cristaliza, se filtra y se lava el filtrado varias veces con pequeñas porciones de agua fría? 8. ¿Cuántos gramos de aspirina podríamos obtener a partir de 2 g de ácido salicílico y 2 g de anhídrido acético?

Capítulo: Cromatografía de la aspirina

9. Si en la síntesis de la aspirina queda ácido salicílico sin reaccionar ¿qué procedimiento experimental, de los estudiados, podríamos utilizar para separar la aspirina pura?

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Informe Trabajo Práctico N° 3

Síntesis del ácido Acetil salicílico Integrantes del equipo

Fecha comienzo de la práctica: Fecha fin de la práctica:

Rendimiento Acido Anhídrido salicílico acético

Acido acetilsalicílico Teorico

Real

Rend.

PM (g/mol) Gramos Moles Test de FeCl3

Tubo Positivo Negativo 1 2 Test del calor Observaciones

Temperatura de fusión Crudo Producto

Cromatografía Observaciones

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1ra. det. 2da. Det.

Capítulo: Cromatografía de la aspirina

Temperatura de fusión

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As pi ri n Tabl et s General Notices Acetylsalicylic Acid Tablets Definition Aspirin Tablets contain Aspirin. The tablets comply with the requirements stated under Tablets and with the following requirements. Content of aspirin, C9H8O4 95.0 to 105.0% of the prescribed or stated amount. Identification Boil 0.5 g of the powdered tablets for 2 to 3 minutes with 10 ml of 5M sodium hydroxide, cool and add an excess of 1M sulphuric acid; a crystalline precipitate is produced and the odour of acetic acid is detectable. To a solution of the precipitate in water add iron(III) chloride solution R1; a deep violet colour is produced. Salicylic acid Shake a quantity of the powdered tablets containing 0.20 g of Aspirin with 4 ml of ethanol (96%) and dilute to 100 ml with water at a temperature not exceeding 10°. Filter immediately, transfer 50 ml of the filtrate to a Nessler cylinder, add 1 ml of freshly prepared ammonium iron(III) sulphate solution R1, mix and allow to stand for 1 minute. Any violet colour produced is not more intense than that obtained by adding 1 ml of freshly prepared ammonium iron(III) sulphate solution R1 to a mixture of 3 ml of a freshly prepared 0.010% w/v solution of salicylic acid, 2 ml of ethanol (96%) and sufficient water to produce 50 ml contained in a second Nessler cylinder (0.3%).

Assay Weigh and powder 20 tablets. To a quantity of the powder containing 0.5 g of Aspirin add 30 ml of 0.5M sodium hydroxide VS, boil gently for 10 minutes and titrate the excess of alkali with 0.5M hydrochloric acid VS using phenol red solution as indicator. Repeat the operation without the substance being examined. The difference between the titrations represents the amount of sodium hydroxide required. Each ml of 0.5M sodium hydroxide VS is equivalent to 45.04 mg of C9H8O4. Labelling The label states that the tablets contain Aspirin, unless this word appears in the name of the tablets. This requirement does not apply in countries where exclusive proprietary rights in the name Aspirin are claimed.

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Capítulo: Cromatografía de la aspirina

Dissolution Comply with the dissolution test for tablets and capsules, Appendix XII D, using Apparatus II. Use as the medium 500 ml of a pH 4.5 buffer prepared by mixing 29.9 g of sodium acetate and 16.6 ml of glacial acetic acid with sufficient water to produce 10 litres and rotate the paddle at 50 revolutions per minute. Withdraw a sample of 20 ml of the medium and filter. Immediately measure the absorbance of the filtrate, Appendix II B, diluted with the dissolution medium if necessary, at 265 nm using dissolution medium in the reference cell. Measure the absorbance of a suitable solution of aspirin BPCRS in the dissolution medium and calculate the total content of aspirin, C9H8O4, in the medium using the declared content of C9H8O4 in aspirin BPCRS.

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Trabajo Práctico Nro. 4: Protección y desprotección de grupos sustituyentes Esta práctica se realiza en 3 partes a saber: a. Obtención de la Acetanilida (protección del grupo sustituyente) b. Síntesis de la p-nitro acetanilida (nitración del anillo bencénico) c. Síntesis de la p-nitro anilina (desprotección del grupo sustituyente)

Objetivos Realizar una síntesis por pasos.

Otro problema adicional que puede dar la nitración directa es que se pueden obtener productos di y trisustituidos, además las anilinas pueden oxidarse con relativa facilidad en presencia de un oxidante enérgico como es el nítrico.

Capítulo: Trabajo Práctico Nro. 4: Protección y desprotección de grupos sustituyentes

Obtener la p-nitroanilina partiendo de anilina

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Fundamentos Teóricos Al nitrar directamente la anilina obtendremos una mezcla de isómeros orto y para, donde el mayoritario sería el isómero para. Se trata de una reacción de sustitución aromática electrofílica. La razón es que el grupo amino es activante y ortoparadirigente. Se debe a que el par de electrones sin compartir del nitrógeno está conjugado con el anillo de benceno y cede electrones por resonancia. + NH

NH

2

H

+

3

Lo expuesto anteriormente es correcto, pero se presenta el problema de que las aminas tienden a protonarse en medio ácido. Y es precisamente esto lo que ocurre en esta nitración. De este modo pasamos de un sustituyente activante y director orto−para como es el grupo amino a uno desactivante y metadirigente como es reacción el grupo ―NH3+

La orientación y reactividad de este grupo se debe a que es un grupo que atrae electrones por resonancia y por tanto concentra aún más la carga positiva sobre el ion arenio, este hecho conlleva una desestabilización del mismo. Como tenemos un equilibrio habrá en el medio tanto anilina como su especie protonada y en consecuencia podemos obtener una mezcla de los tres isómeros posibles.

+ NH3

+ NH3

HNO3 H2SO4

NO2

E.T. Nro. 27 Hipólito Yrigoyen TRABAJOS PRÁCTICOS DE QUÍMICA ORGÁNICA Il Todo esto representa un problema, porque aunque el producto mayoritario sea p−nitroanilina, el rendimiento de la reacción se ve claramente afectado. Para evitar estos problemas protegemos el grupo amino convirtiéndolo en ―NHCOCH3 que también es activante y ortoparadirigente, pero que tiene menos tendencia a protonarse. Un grupo protector debe cumplir tres importantes requisitos:  Reaccionar fácilmente con el grupo que se desea proteger. La reacción para pasar al grupo protector debe tener gran rendimiento.  Tiene que ser estable bajo las condiciones en las que deberá llevarse a cabo la reacción.  Debe eliminarse fácilmente una vez que haya cumplido su función.  Debe orientar, en este caso, a las mismas posiciones que el grupo original Esta protección se lleva a cabo mediante una reacción de sustitución nucleofílica acílica. En este caso se realizará la sustitución sobre el anhídrido acético. La reacción se realiza en el medio ácido que proporciona el ácido acético.

Posteriormente se realiza una adición de agua para hacer una hidrólisis, ya que lo que se obtiene es la amida protonada. Los cristales de acetanilida se recogerán en una filtración a vacío y después la recristalizaremos para purificarla.

O

O

H3C

C

H3C

C

NH2

O

O

H3C

C

O

H

N

H

+

C

CH3

O

O

O

H3C

C

O

H

N

H

C

O CH3

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H3C

C

H

N

O H

+

CH3

C OH

Capítulo: Trabajo Práctico Nro. 4: Protección y desprotección de grupos sustituyentes

La elección del ácido acético se debe en parte a que el subproducto de la reacción es precisamente ácido acético. La reacción precisa de calor y por tanto se realizará un calentamiento a reflujo.

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Material Equipo de reflujo Equipo de filtración al vacío

Vaso de precipitados Pipeta Pasteur

Reactivos Aceite de Anilina Ácido sulfúrico conc. 15+ 6 ml Ácido Acético

Ácido nítrico conc. Anhídrido acético Ácido clorhídrico conc.

Procedimiento experimental a. Preparación de la Acetanilida (N fenilacetamida)

Técnica I En un matraz de 250 ml se colocan 9 ml (0.1 mol) de anilina, 15ml de ácido acético glacial y 15 ml de anhídrido acético. Se adapta al matraz un refrigerante de reflujo, y la solución se calienta a ebullición durante 30 min. A continuación, se enfría un poco el matraz y se vierte su contenido en un vaso con 50 ml de agua y 40-50 g de hielo. Se agita la mezcla bien y los cristales de acetanilida se recogen por filtración en un Büchner. El producto se recristaliza en agua (aproximadamente 200 ml), decolorando si fuese necesario con carbón activo (P.F. 115ºC). Técnica II En un vaso de precipitados de 250 ml. se mezclan 125 ml. de agua con 9,5 ml. de HCl (c) y 10 ml. de anilina. Se agita la mezcla hasta disolución total de la anilina. A la solución resultante se añaden 13 ml. de anhidrido acético, agitando hasta disolución. La solución se vuelca inmediatamente sobre una solución de 16,5 gr. de acetato de sodio en 50 ml. de agua. Se agita vigorosamente y se enfría con hielo. Se filtra la acetanilida cruda y se lava el Buchner 3 veces con aproximadamente 25 ml. de agua helada cada vez. El producto crudo se recristaliza de agua, se seca, se calcula el rendimiento y se determina el punto de fusión.

i) Purificación de Acetanilida: En un erlenmeyer, se añaden 60 ml de agua destilada y se calienta a ebullición sobre una placa calefactora, (coloque perlas de ebullición). En otro matraz erlenmeyer se coloca la acetanilida impura, perlas de ebullición y se añaden en porciones de 20 ml aproximados el agua a ebullición y se lleva la mezcla a ebullición. Si los cristales no se han disuelto completamente, se le agregan otros 15 ml de agua y se vuelven a calentar a ebullición. Se separa el matraz de la fuente de calor, se deja enfriar la solución un momento y se agrega una punta de espátula de carbón activo. Se calienta suavemente a ebullición y se filtra en caliente a través de un embudo provisto de papel plegado. Para evitar que el producto cristalice en el embudo conviene filtrar en pequeñas porciones, calentando la solución antes de cada agregado. El filtrado se enfría exteriormente primero en un baño de agua y luego en una mezcla de agua-hielo y se filtra a vacío. Se lavan los cristales con agua fría.

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Capítulo: Trabajo Práctico Nro. 4: Protección y desprotección de grupos sustituyentes

Se usa como acelerador del caucho, inhibidor del peróxido de hidrógeno, estabilizador para ésteres de celulosa absorbentes, elaboración de productos intermedio alcanfor sintético, productos químicos, farmacéuticos, colorante, percusor en la elaboración de la penicilina, medicina (antisépticos)

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E.T. Nro. 27 Hipólito Yrigoyen TRABAJOS PRÁCTICOS DE QUÍMICA ORGÁNICA Il La acetanilida húmeda puede secarse en una estufa a 50-60 ºC. Se pesa, calcula el rendimiento, se separan aproximadamente 50 mg para determinar punto de fusión. Si éste fuera menor que el indicado en tablas para la acetanilida se repetirá la operación de recristalización tantas veces como fuera necesario para conseguirlo. NOTAS : 1. El alumno deberá buscar en tablas el punto de fusión de la acetanilida. 2. Las determinaciones de los puntos de fusión deberán realizarse por duplicado. 3. En el informe correspondiente se deberán consignar todos los valores obtenidos y las observaciones que se consideren pertinentes.

ii) Ensayos de reacción Se ponen, en 2 tubos de ensayo, 2 ml de agua y 2 gotas de naranja de metilo. Al primer tubo se le pone una pequeñísima cantidad de la acetanilida sintetizada (lo que queda adherido al tocar con la varilla húmeda) y se calienta ligeramente a la llama. En el segundo, se ponen 2 gotas de anilina y se calienta también ligeramente. Se añade HCl 1M gota a gota a los 2 tubos hasta cambio de coloración. Contad las gotas gastadas en cada tubo.

Capítulo: Trabajo Práctico Nro. 4: Protección y desprotección de grupos sustituyentes

¿Qué conclusiones se pueden sacar de los ensayos de reacción con ácido realizados con anilina y acetanilida?

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Informe Trabajo Práctico N° 4a

Síntesis de la Acetanilida Integrantes del equipo

Fecha comienzo de la práctica: Fecha fin de la práctica:

RENDIMIENTO: 1)

Masa de Sustancia

Real

Esteq.

Rend.

Acetanilida Cruda

PUNTO DE FUSIÓN 1ra. det. 2da. det. Acetanilida impura: Acetanilida recristalizada: Cromatografía

Observaciones y conclusiones Ensayos realizados:

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Tablas

Capítulo: Trabajo Práctico Nro. 4: Protección y desprotección de grupos sustituyentes

Acetanilida Recrist.

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Síntesis de acetanilida - Caracterización de residuos Residuos generados

Clasifica como residuo

Tratamiento recomendado Neutralizar y desechar por desagüe con abundante agua

Papel de filtro con restos de acetanilida

Recoger con sólidos orgánicos Grupo VI sólidos orgánicos

Papel de filtro con carbón y restos de acetanilida

Recoger con sólidos orgánicos Grupo VI sólidos orgánicos

Aguas madres de recristalización de acetanilida

Desecha!" por desagüe con abundante agua

Tubos capilares con acetanilida

Recoger en recipiente de vidrios

Capítulo: Síntesis de acetanilida - Caracterización de residuos

Aguas madres de síntesis (agua, ácido clorhídrico acetanilida ácido acético)

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b. Nitración de la Acetanilida i) Fundamentos Teóricos Ahora podemos hacer la nitración sin que el rendimiento se vea muy afectado. Se utilizará como disolvente de la reacción ácido sulfúrico concentrado, así aumentaremos la velocidad de reacción. La reacción es una sustitución aromática electrofílica, donde el electrófilo es el ion nitronio (―NO2+) El ión nitronio se produce porque el ácido sulfúrico es más fuerte que el ácido nítrico y por eso puede protonarlo.

NO2+ + H3O+ + 2HSO4-

HNO3 + H2SO4

La adición de la mezcla sulfonítrica debe hacerse lentamente y cuidando que la temperatura no sobrepase los 15 ºC, por eso la realizaremos en un baño de hielo. Si sobrepasa dicha temperatura el producto, p−nitroacetanilida, se descompone para dar nitrocompuestos y otros derivados. También se obtiene el isómero orto pero podemos decir que en cantidades traza, ya que la posición orto se ve muy impedida estéricamente. Como la reacción se hace en medio ácido lo más probable es que parte de p−nitroacetamida esté en su especie protonada por lo que añadiremos agua para realizar la hidrólisis correspondiente. O

O N

H N C CH3

C CH3 +

H N C CH3

O H N C CH3

+ NO2 H NO2

H NO2

H NO2

O H N C CH3 +

H2SO4

NO2

ii) Técnica I En un vaso pequeño se colocan 15 ml de ácido sulfúrico concentrado y se añaden 6.75 g (0.05 mol) de acetanilida, en pequeñas porciones y con agitación constante. Tan pronto como toda la acetanilida, o prácticamente toda, se haya disuelto, se introduce el vaso en un baño de hielo y se añade, mediante una pipeta Pasteur, una disolución de 6 ml de ácido nítrico en 6 ml de ácido sulfúrico concentrado. La mezcla se añade en pequeñas porciones, agitando suavemente y regulando la adición de modo que la temperatura de la mezcla de reacción no supere los 15ºC. Concluida la adición se saca el vaso del baño de hielo y se deja permanecer a temperatura ambiente durante cinco minutos. La solución de acetanilida nitrada se vierte sobre un vaso de 600 ml, que contiene 100 ml de agua y 30 g de hielo. La mezcla se agita y el precipitado de p-nitroacetanilida se recoge por filtración en un Büchner. En el mismo filtro se lava con dos porciones de 50 ml de agua fría prensando bien. Se puede separar una pequeña porción para su recristalizacíón en etanol. P.F 216ºC.

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Capítulo: Síntesis de acetanilida - Caracterización de residuos

H

O

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iii) Técnica II En un vaso de precipitados de 100 ml se colocan 5 ml de ácido acético glacial y sobre él se van agregando, con agitación constante 5 g de acetanilida. Se forma una suspención. A continuación se agregan, gota a gota, 10 ml de ácido sulfútico concentrado, siempre con agitación enérgica para lo que se utiliza una varilla de vidrio. La solución se torna clara cuando se han agregado unos 5 ml de ácido. La reacción es exotérmica. Se enfria en un baño de hielo hasta 5°C manteniendo siempre la agitación. A continuación desde una ampolla de decantación (también puede usarse con sumo cuidado una pipeta Pasteur) se agrega lentamente una mezcla de ácido nítrico concentrado (2,2 ml) y ácido sulfúrico concentrado (1/4 ml) previamente enfriada a 5°C. Se debe cuidar que la temperatura no pase de 15°C. Durante el agregado debe continuarse con la agitación.

Al preparar la mezcla sulfonítrica debe agregarse el ácido sulfúrico sobre el ácido nítrico. Luego de agregada la mezcla de sulfúrico y nítrico se deja la preparación 1/2 hora aprox. a temperatura ambiente y a continuación se la vierte, lentamente y agitando continuamente, sobre 50 g de hielo contenidos en un vaso de precipitados de 125 ml. Se produce la precipitación de un producto sólido que se deja reposar 15 minutos. Luego se lo filtra por succión, se lava con agua helada hasta que los líquidos de lavado sean neutros y se seca. El producto bruto, que consiste en una mezcla de p- y o-acetanilida se seca y se pesa. Con esta pesada se debe calcular el rendimiento bruto de la reacción.

De las aguas madres por evaporación del solvente se puede recuperar la o-nitroacetanilida. El punto de fusión 213-215°C. Para verificar la pureza del producto obtenido se puede hacer una cromatografía en capa delgada usando como solvente de desarrollo alguna de las siguientes mezclas: a.- bencenoacetato de etilo 9:1 b.- benceno:isopropanol 9:1 Se cromatografiará el producto crudo, el producto recristalizado y una muestra de acetanilida.

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Capítulo: Síntesis de acetanilida - Caracterización de residuos

Luego se recristaliza de metanol (o etanol) usando para tal fin un aparato de calentamiento a reflujo (se requieren unos 80 ml de solvente). La o-nitroacetanilida queda disuelta en las aguas madres. Conviene filtrar en caliente, al enfriar se obtiene un producto de color blanco amarillento que se filtra por succión, lava en frió sobre el filtro con metanol, se seca. Pesa y de ser posible se determina su punto de fusión.

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E.T. Nro. 27 Hipólito Yrigoyen TRABAJOS PRÁCTICOS DE QUÍMICA ORGÁNICA Il

Sustitución electrofílica aromática Cuestionario de Laboratorio I.

Escriba la reacción general de nitración de hidrocarburos aromáticos. a. ¿Cuál es la función del H2S04? b. ¿Cuál es la función del HN03? c. ¿Cuál es el agente de nitración? ¿Cuál es la reacción principal en la nitración de acetanilida y que reacciones secundarias se producen? Justifique su respuesta.

III.

¿Por qué se agrega lentamente el ácido sulfúrico al nítrico en las síntesis de ambos compuestos nitrados y no al revés?

IV.

¿En la síntesis de p-nitroacetanilida qué función cumple el ácido acético glacial? ¿Qué es el ácido acético glacial?

V.

¿Por qué se debe enfriar al agregar el H2S04 y la mezcla H2S04/HNO3 en dicha síntesis? ¿Por qué se lava el precipitado hasta líquido de lavado neutro?

VI.

¿Cómo separaría la p-nitroacetanilida de la o-nitroacetanilida? Justifique con datos de solubilidades según tablas.

VII.

¿Cómo recuperaría la o-nitroacetanilida en la práctica?

Capítulo: Sustitución electrofílica aromática Cuestionario de Laboratorio

II.

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Informe Trabajo Práctico N° 4b

Síntesis de la p-nitro Acetanilida Integrantes del equipo

Fecha comienzo de la práctica: Fecha fin de la práctica:

REACCIÓN DESARROLLADA:

REACCIONES SECUNDARIAS:

CUADRO DE REACTIVOS Y PRODUCTOS: Masa de Sustancia

Real

Esteq.

Rend.

p-nitro Acetanilida Cruda

PUNTO DE FUSIÓN 1ra. det. 2da. det. p-nitro Acetanilida impura: p-nitro Acetanilida recristalizada: Cromatografía

Observaciones y conclusiones

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Tablas

Capítulo: Sustitución electrofílica aromática Cuestionario de Laboratorio

p-nitroAcetanilida Recristalizada

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Síntesis de p-nitroacetanilida - Caracterización de residuos Residuos generados

Aguas madres de síntesis de p-nitroacetanilida a pH ácido (contiene mezclas de ácidos, nítrico, sulfúrico y acético) Papel de filtro con restos de pnitro acetanilida Agua helada con sal de hielos para enfriar

Tratamiento recomendado

Neutralizar Y desechar por desagüe con abundante agua Recoger en recipiente de sólidos orgánicos Grupo VI No peligro- Desechar por desagüe con so abundante agua Solvente Recoger en recipiente para diorgánico no solventes orgánicos no halogehalogenado nados Grupo II Metanol

Capítulo: Síntesis de p-nitroacetanilida - Caracterización de residuos

Solución de metanol con p y o nitro acetanilida

Clasifica como residuo

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c. Preparación de la p-nitro anilina. Desprotección del grupo amino Para recuperar el grupo amino que teníamos de partida, basta con adicionar agua en medio ácido, es decir, una hidrólisis ácida. Se trata de una reacción de sustitución nucleofílica acílica.

Paso previo: Protonación

O H

N

C

OH H

CH3

N

C

CH3

+ H

NO2

NO2

Paso 1:

O H O2N

NH3 O

CH3

N

C

H

H2O

+

CH3

C OH

NO2

Al ser una adición de agua en medio ácido, la amina que obtenemos está protonada, ya que el HCl es mucho más ácido que la amina. Para obtener p−nitroanilina agregaremos una base que sea más fuerte que la amina, ello bastará para que precipite.

La p-nitroacetanilida húmeda se coloca en un vaso de 400 ml, y se forma con ella una pasta fina, añadiendo 100 ml de agua y agitando. Esta mezcla se pasa a un matraz de 250 ml, se le agregan 35 ml de ácido clorhídrico concentrado y se le adapta al matraz un refrigerante de reflujo.

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Capítulo: Síntesis de p-nitroacetanilida - Caracterización de residuos

Paso 2:

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E.T. Nro. 27 Hipólito Yrigoyen TRABAJOS PRÁCTICOS DE QUÍMICA ORGÁNICA Il A continuación, se calienta a ebullición durante 35 min. Se enfría la mezcla de reacción a temperatura ambiente, y se vierte sobre un vaso de 600 ml. Se añaden 50-75 g de hielo picado, y se precipita la p-nitroanilina alcalinizando la disolución mediante adición de amoniaco. El precipitado se filtra en Büchner, lavando con pequeñas porciones de agua. Se puede purificar mediante recristalización en agua, decolorando con carbón activo (aprox. 0.5 g de sustancia en 40-50 ml de agua). P.F 146ºC. Hemos de destacar que en todo el proceso de síntesis no sólo hemos tenido el isómero para, sino que también hemos ido arrastrando el orto (incluso algún meta). Hemos obtenido el producto con un gran porcentaje de pureza gracias a que hemos separado los isómeros y demás impurezas en el proceso de recristalización así como con el tratamiento con carbón activo. Un detalle a destacar es la utilización de hielo durante toda la experiencia. Su fin es que precipite la mayor parte de producto posible.

Observaciones prácticas Calentamiento a reflujo

Es conveniente añadir un trozo pequeño de plato poroso para homogeneizar la temperatura en el medio de reacción. El plato poroso libera el aire ocluido produciendo burbujas, así evitamos proyecciones de la disolución hacia la columna.

Recristalización. Se trata de un método de purificación que se basa en el hecho de que la mayoría de los sólidos son más solubles en caliente que en frío. El sólido que se va a purificar se debe disolver en caliente, generalmente a ebullición, en la mínima cantidad de disolvente posible, es decir, lo que vamos buscando es una disolución sobresaturada. La sustancia a cristalizar se coloca finamente pulverizada en un matraz de fondo redondo, al que se adapta una columna de reflujo y se comienza a calentar. Agregaremos disolvente sólo cuando sea necesario, puesto que el sólido debe disolverse en la mínima cantidad de disolvente. Una vez se ha disuelto, hacemos un filtrado por gravedad de la mezcla. En esta filtración eliminamos las impurezas insolubles que acompañan la mezcla caliente. Hay sustancias, como la acetanilida, que al filtrarlas con el material frío puede comenzar a cristalizar en el vástago del embudo, por ello es conveniente tener caliente tanto el erlenmeyer donde recogeremos el filtrado como el embudo. También puede darse el caso que al ponerse el filtrado en contacto con las paredes frías del embudo se enfríe parte de éste y se insolubilice. De este modo estamos perdiendo producto, por lo cual baja el rendimiento. Ahora dejamos enfriar la disolución para que cristalice el producto objeto de purificación. Durante el enfriamiento de la disolución caliente se pretende que cristalice la máxima cantidad de la sustancia deseada con un mínimo de impurezas.

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Capítulo: Síntesis de p-nitroacetanilida - Caracterización de residuos

La mezcla de reacción está contenida en el matraz de fondo redondo, al que se une una columna de refrigeración. Cuando la mezcla se calienta y comienza a evaporarse, los vapores ascienden por la columna del refrigerante y al ponerse en contacto con la pared fría condensan. De este modo conseguimos llevar a cabo una determinada reacción o proceso que para realizarse precise calor sin que haya pérdidas de disolvente o reducciones de volumen indeseables.

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E.T. Nro. 27 Hipólito Yrigoyen TRABAJOS PRÁCTICOS DE QUÍMICA ORGÁNICA Il El tamaño de los cristales se puede controlar por la velocidad de cristalización; una cristalización rápida favorece la formación de cristales pequeños y una cristalización lenta origina cristales grandes. Puesto que la mayoría de los compuestos orgánicos no presentan tendencia a la formación de cristales grandes, generalmente lo mejor es dejar que el enfriamiento de la disolución sea lento o al menos moderado. El siguiente paso es recoger los cristales con una filtración a vacío. Una vez tenemos depositado el sólido en el Büchner, lo aplastaremos con una espátula y lo lavaremos, generalmente, con un poco de agua fría para que no disuelva parte del sólido.

Decoloración. Tratamiento con carbón activo Este tratamiento suele hacerse antes de la filtración por gravedad en el proceso de recristalización. Se usa cuando la disolución se encuentra coloreada de impurezas orgánicas de peso molecular elevado que acompañan al producto natural deseado o que se han formado como productos de descomposición o subproductos en el proceso de síntesis. En estos casos el color se puede eliminar hirviendo la disolución durante cinco o diez minutos con una pequeña cantidad de carbón absorbente activado.

Cuestiones a investigar 1. Realizar un esquema o diagrama de flujo de lo que se va a realizar la práctica. 2. ¿Qué función cumple el carbón activado? 3. ¿Por qué se recomienda que la cristalización sea lenta? 4. Calcula cuál es la cantidad de anhídrido acético (d=1,08 g/ml) que reaccionará completamente con 1 ml de anilina (d=1.03 g/ml) de acuerdo con la estequiometria de la reacción. 5. ¿Cuál es el reactivo limitante de la reacción con las cantidades utilizadas en esta experiencia? 6. Calcula la cantidad de Acetanilida que se puede obtener suponiendo que la reacción transcurre con un rendimiento del 90%.

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Capítulo: Síntesis de p-nitroacetanilida - Caracterización de residuos

La adición de carbón activo a la disolución no puede hacerse cuando ésta está hirviendo, pues en ese caso produciría gran cantidad de espuma. La cantidad de carbón activo utilizada debe ser mínima, puesto que inevitablemente cierta cantidad del compuesto deseado se absorbe también.

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Informe Trabajo Práctico N° 4c

Hidrólisis - Síntesis de la p-nitro Anilina Integrantes del equipo

Fecha comienzo de la práctica: Fecha fin de la práctica:

REACCIÓN DESARROLLADA:

Rendimiento Masa de Sustancia

Real

Esteq.

Rend.

p-nitro anilina Cruda

PUNTO DE FUSIÓN 1ra. det. 2da. det. p-nitro anilina impura: p-nitro anilina recristalizada: Cromatografía

Observaciones y conclusiones

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Tablas

Capítulo: Síntesis de p-nitroacetanilida - Caracterización de residuos

p-nitro anilina Recristalizada

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Trabajo Práctico Nro. 5: Diazotación y Copulación Objetivos Enseñar la técnica de preparación de sales de diazonio, usadas para sintetizar los colorantes azoicos. Comparar las condiciones experimentales que favorecen una reacción de copulación, entre sales de diazonio y “aminas o fenoles”. Comprobar la aplicabilidad de los colorantes azoicos obtenidos efectuando la tinción de fibras naturales.

FUNDAMENTO TEÓRICO Colorantes y Pigmentos. Los colorantes pueden ser definidos como sustancias que cuando son aplicadas a un substrato, imparten color al substrato. Los colorantes son retenidos en el substrato por absorción, retención mecánica, o por un enlace iónico o covalente, los colorantes son usados comúnmente en textiles, papel y piel. El primer colorante sintético que se preparo fue la Mauvine que fue preparado por William Henry Perkin en Inglaterra en 1856, esto marco el inicio de la industria de los colorantes sintéticos. Durante la década después del descubrimiento de la Mauvine los colorantes Magenta, anilina Azul, Violeta metil, Violeta Hofmann, Anilina negra y verde aldehido fueron descubiertos sin una base teórica, sino solamente en experimentos empíricos.

En 1868, Graebe y Liebermann anunciaron la primera síntesis de un colorante natural alizarin; y 1869 Caro, Graebe, Liebermann y Perkin patentaron el proceso para su manufactura. El descubrimiento de Peter Griess, en 1858 y 1864 de la reacción de diazotación de aminas aromáticas y la reacción de copulación de compuestos Diazonio dieron la base para la siguiente fase en la elaboración de los colorantes y obtuvieron la base teórica que hacia falta. En 1880 Adolf Baeyer logro sintetizar el índigo. El colorante Azul índigo fue empleado como colorante textil en Alemania por primera vez en 1897.

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Capítulo: Trabajo Práctico Nro. 5: Diazotación y Copulación

En 1859 se descubrió el segundo colorante llamado Fucsina y que fue preparado por Verguin en Francia, esta era usada como colorante textil.

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Constitución de los colorantes y Pigmentos. La propiedad colorante está condicionada por la presencia en la molécula de grupos llamados cromóforos3 unidos al grupo Bencénico.

Cromóforos principales

Carbonilo

Azo

Nitro

Estos grupos funcionales que se encuentran en la molécula determinan el color de las anilinas, si se cambia el grupo funcional por otro, dan otro color u otro tono, así como una diferente posición en la molécula puede dar un color distinto. Al aumentar la complejidad de la molécula, la molécula da un color más oscuro.

Auxocromos 4. Estos grupos por sí solos no producen color a una molécula; sin embargo, cuando se encuentra en conjugación de un cromóforo, aumentan la intensidad del color.

Ácidos OH (Fenólico) S02 (Sulfónico) CO-OH (Carbosilo)

Básicos NH2(amino) NH-R (amino) NR2(amino)

Principales Auxocromos.

Formación de sales de diazonio: Las aminas primarias reaccionan con el ácido nitroso, a través del ion nitrosonio, para producir cationes de diazonio. Este procedimiento se llama diazotación de la amina. Las sales de diazonio son los productos más útiles que se obtienen con reacciones de aminas con ácido nitroso. El mecanismo de la formación de la sal de diazonio comienza con un ataque núcleofilico al ion nitrosonio para formar una N-nitrosoamina.

3 4

Chromos= Color: Foros= Portador Auxo=Aumentar: Cromo=Color

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Capítulo: Trabajo Práctico Nro. 5: Diazotación y Copulación

Auxocromos principales.

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Consideraciones Teóricas Cada tipo de amina genera un producto diferente al reaccionar con el ácido nitroso, HNO2. Este reactivo inestable se forma en presencia de la amina por acción de un ácido mineral sobre nitrito de sodio. Cuando una amina aromática primaria, disuelta o suspendida en un ácido mineral acuoso frío se trata con nitrito de sodio, se forma una sal de diazonio. Puesto que éstas descomponen lentamente, aún a la temperatura de un baño de hielo, se emplean sus soluciones de inmediato, una vez preparadas.

El gran número de reacciones que dan las sales de diazonio se pueden agrupa en dos tipos: Reemplazo, en las que se pierde el nitrógeno en forma de N2, quedando en su lugar en el anillo otro grupo Copulación, en las que el nitrógeno permanece en la molécula

Capítulo: Trabajo Práctico Nro. 5: Diazotación y Copulación

Reacciones

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Reactivos Carbonato de sodio 0.4 g Nitrito de sodio al 10 % 4 ml Nitrito de sodio 0.4 g β-naftol 0.8 g Ácido clorhídrico conc. 2.5 ml

Cloruro de sodio 20 g Dimetilanilina 0.6 g Ácido sulfanílico 1.0 g Hidróxido de sodio al 10 % cs Etanol 5 ml

IMPORTANTE: se deben usar guantes protectores al manipular los colorantes, las sales de diazonio y los compuestos de copulación son tóxicos por absorción capilar. La piel, como la lana y el nylon, es un compuesto poliamídico, por lo tanto los colorantes que tiñen esos materiales también lo hacen sobre la piel. Por lo tanto se debe trabajar con cuidado y con guantes en todas las operaciones

Procedimiento

Anaranjado de metilo Diazotación del ac. Sulfanílico y copulación con dimetil-anilina En un vaso de precipitados de 125 ml, coloque 1 g de ácido sulfanílico, 0.6 ml de dimetilanilina, 0.5 ml de HCl concentrado, 5 ml de agua destilada y enfríe la mezcla hasta alcanzar una temperatura entre 0 y 5º C. Manteniendo la temperatura por debajo de los 5º C, agregue gota a gota y con agitación constante, 2.5 ml de solución de nitrito de sodio al 20 %, una vez terminada la adición, quite el baño de hielo y agite la mezcla hasta que alcance la temperatura ambiente, y observe que la mezcla adquiere una coloración rojo oscuro.

Caliente la mezcla de reacción con agitación constante, y retire el recipiente en el momento en que se inicia la ebullición. Enfríe en un baño de hielo e induzca la cristalización raspando las paredes del vaso. El anaranjado de metilo precipita como la sal sódica del ácido, la cual debe filtrar y lavar con agua helada, seque en desecador o en la estufa y pese para determinar el rendimiento.

Anaranjado II (de β-Naftol) Sistema 1: Coloque 1 g de carbonato de sodio en un vaso de precipitados 25 ml de agua. Agregue 3 g de ácido Sulfanílico, agite hasta que se disuelva (calentar levemente para ayudar la disolución) y coloque la solución en baño de hielo con sal. Agregue a esta mezcla de reacción, la solución preparada previamente disolviendo1,5 g de nitrito de sodio en 5 ml de agua. Agitar y cuando la temperatura está debajo de los 5ºC añadir 2 ml de ácido clorhídrico conc. diluido previamente con 5 ml de agua Al cabo de unos minutos se forma la sal de diazonio. Sistema 2: Disuelva en un vaso de ppdos.2,5 g de beta-naftol en 25 ml de hidróxido de sodio 1 N calentando para ayudar a su disolución y enfriando posteriormente a 5º C. Agregar lentamente y con agitación la solución del ácido sulfanílico diazotado (sistema 1) a la del naftolato de sodio (sistema 2), enfríando dentro de baño de hielo y sal hasta que la temperatura se encuentre entre 0 y 5º C.

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Capítulo: Trabajo Práctico Nro. 5: Diazotación y Copulación

Posteriormente, agregue gota a gota y agitando una solución de NaOH al 10 % hasta tener un pH de 10. Si el producto es muy oscuro, puede añadir un poco más de NaOH al 10%.

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E.T. Nro. 27 Hipólito Yrigoyen TRABAJOS PRÁCTICOS DE QUÍMICA ORGÁNICA Il Si el sistema final no fuese alcalino, ajustar la el medio con NaOH 1 N. (No agregar exceso de álcali que puede dificultar la filtración) La copulación sucede rápidamente y el colorante se separa formando una masa cristalina. Terminada la adición, deje reposar la mezcla a temperatura ambiente durante 10 minutos y calentar hasta que el sólido se haya disuelto. Agregue 4 g de cloruro de sodio, seguir calentando hasta disolución completa. Dejar enfriar primero a temp. ambiente y luego en baño de hielo para permitir la cristalización. Filtre al vacío, lave con 2 ml de etanol frío, y deje secar el producto. Pese el producto obtenido y calcule su rendimiento. Si es necesario purificar el producto por recristalizacion, proceder de la siguiente manera: Disolver el colorante en el menor volumen de agua a ebullición, dejar enfriar a 90ºC y añadir el doble de volumen de etanol. Dejar que suceda la cristalización espontáneamente, una vez totalmente frio filtrar al vacio. Lavar con pequeñas porciones de alcohol y dejar secar al aire.

Prueba de Tinción Preparar el baño colorante con, 0,1 g de anaranjado II en 30 ml de agua con 0,1 g de carbonato de sodio y 0,2 g de sulfato de sodio. Calentar a 90 - 100ºC agregando en el baño caliente el tejido (lana, seda y algodón), agitar y seguir calentando por 10 minutos. Retirar los tejidos del baño y lavarlas con agua caliente. Sumergirlas inmediatamente en un baño de HCl al 5% a temperatura ambiente durante 2 minutos. Retirarlas y lavarlas con agua, Secarlas al aire.

Una vez disuelto se ajusta el volumen con agua/hielo a aprox. 5 ml y manteniendo la temperatura 0°C. se agregan entonces otros 4 g de hielo. Se diazota volcando rápidamente una

Capítulo: Trabajo Práctico Nro. 5: Diazotación y Copulación

Copulación de diazo de p-nitroanilina con β-naftol (pigmento rojo)

Departamento de Química Orgánica

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1. Diazotación de la p-nitroanilina En un vaso de precipitados de 50 ml se prepara una solución de 1,25 ml de HCl concentrado y 0.63 g de p-nitroanilina en 1.25 ml de agua a 60°C (se agita hasta disolver completamente).

E.T. Nro. 27 Hipólito Yrigoyen TRABAJOS PRÁCTICOS DE QUÍMICA ORGÁNICA Il solución de 0.33 g de nitrito de sodio en 1 ml de agua, se controla el exceso de nitrito (toque en papel de yoduro de potasio/almidón), manteniendo el pH