TÉCNICAS EXPERIMENTALES EN SÍNTESIS ORGÁNICA

PROYECTO EDITORIAL BIBLIOTECA DE QUÍMICAS

Director: Carlos Seoane Prado Catedrático de Química Orgánica Universidad Complutense de Madrid

COLECCIÓN: Química Básica Director: Carlos Seoane Prado

NO fotocopies el libro

TÉCNICAS EXPERIMENTALES EN SÍNTESIS ORGÁNICA M.a

Aurelio G. Csákÿ Ángeles Martínez Grau

Segunda edición corregida y ampliada

Consulte nuestra página web: www.sintesis.com En ella encontrará el catálogo completo y comentado

Primera reimpresión: marzo 2001 Segunda edición corregida y ampliada: febrero 2012

Reservados todos los derechos. Está prohibido, bajo las sanciones penales y el resarcimiento civil previstos en las leyes, reproducir, registrar o transmitir esta publicación, íntegra o parcialmente por cualquier sistema de recuperación y por cualquier medio, sea mecánico, electrónico, magnético, electroóptico, por fotocopia o por cualquier otro, sin la autorización previa por escrito de Editorial Síntesis, S.A. © Aurelio G. Csákÿ M.ª Ángeles Martínez Grau © EDITORIAL SÍNTESIS, S.A. Vallehermoso, 34 - 28015 Madrid Teléf.: 91 593 20 98 http://www.sintesis.com Depósito Legal: M. 5.848-2012 ISBN: 84-7738-605-6 Impreso en España - Printed in Spain

ÍNDICE Presentación ..........................................................................................................................................

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1. SEGURIDAD EN EL LABORATORIO .................................................................................

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1.1. 1.2. 1.3. 1.4.

Introducción ......................................................................................................................... Vitrina de laboratorio ......................................................................................................... Agentes extintores ............................................................................................................... Recomendaciones en caso de accidente ........................................................................... 1.4.1. Salpicaduras en la piel ........................................................................................... 1.4.2. Quemaduras por fuego o calor ............................................................................. 1.4.3. Salpicaduras y quemaduras en los ojos ................................................................ 1.4.4. Inhalación de vapores ............................................................................................ 1.4.5. Ingestión .................................................................................................................. 1.5. Información de disolventes y reactivos: fichas de seguridad y etiquetas ...................... 1.5.1. Fichas de seguridad ................................................................................................ 1.5.2. Símbolos de peligrosidad ....................................................................................... 1.5.3. Riesgos específicos y consejos de prudencia ....................................................... 1.6. Desactivación y eliminación de residuos .......................................................................... 1.6.1. Desactivación de residuos ..................................................................................... 1.6.2. Eliminación de residuos ........................................................................................ Bibliografía .....................................................................................................................................

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2. MATERIAL DE LABORATORIO ..........................................................................................

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2.1. Material de vidrio ................................................................................................................ 2.1.1. Descripción general ............................................................................................... 2.1.2. Limpieza y secado del material ............................................................................ 2.2. Piezas de metal y otros materiales ..................................................................................... 2.3. Equipos y aparatos de uso frecuente ................................................................................ 2.3.1. Trompa de agua ...................................................................................................... 2.3.2. Bomba de agua ....................................................................................................... 2.3.3. Bomba de membrana ............................................................................................. 2.3.4. Bomba de difusión de aceite y línea de vacío ..................................................... 2.3.5. Recirculador de líquido refrigerante .................................................................... 2.3.6. Rotavapor ................................................................................................................ 2.3.7. Balas de gases ......................................................................................................... 2.3.8. Línea de gas inerte ................................................................................................. 2.3.9. Línea de Schlenk .................................................................................................... 2.3.10. Balanza .................................................................................................................... Bibliografía .....................................................................................................................................

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Técnicas experimentales en síntesis orgánica

3. DISOLVENTES ............................................................................................................................. 3.1. 3.2. 3.3. 3.4. 3.5.

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Introducción ......................................................................................................................... Constantes físicas de un disolvente ................................................................................... Polaridad de un disolvente ................................................................................................. Solubilidad en un disolvente .............................................................................................. Riesgos de los disolventes .................................................................................................. 3.5.1. Inflamabilidad ......................................................................................................... 3.5.2. Toxicidad ................................................................................................................. 3.5.3. Presencia de peróxidos .......................................................................................... 3.6. Calidad de un disolvente .................................................................................................... 3.7. Disolventes anhidros ........................................................................................................... Bibliografía .....................................................................................................................................

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4. REACTIVOS .................................................................................................................................

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4.1. Introducción ......................................................................................................................... 4.2. Purificación de reactivos ..................................................................................................... 4.3. Almacenamiento de reactivos ............................................................................................ 4.3.1. Reactivos líquidos o sólidos .................................................................................. 4.3.2. Reactivos gaseosos ................................................................................................. 4.4. Manejo de reactivos ............................................................................................................ 4.4.1. Reactivos sólidos insensibles al aire y a la humedad ......................................... 4.4.2. Reactivos sólidos sensibles al aire y a la humedad ............................................. 4.4.3. Reactivos líquidos insensibles al aire y a la humedad ........................................ 4.4.4. Reactivos líquidos sensibles al aire y a la humedad ........................................... 4.4.5. Reactivos gaseosos ................................................................................................. Bibliografía .....................................................................................................................................

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5. REACCIONES ..............................................................................................................................

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5.1. Consideraciones generales ................................................................................................. 5.1.1. Agitación ................................................................................................................. 5.1.2. Adición de reactivos .............................................................................................. 5.1.3. Calefacción .............................................................................................................. 5.1.4. Enfriamiento ........................................................................................................... 5.2. Montajes experimentales .................................................................................................... 5.2.1. Reacciones que no requieren atmósfera inerte .................................................. 5.2.2. Reacciones bajo atmósfera inerte ........................................................................ 5.3. Reacciones específicas ........................................................................................................ 5.3.1. Eliminación azeotrópica de agua ......................................................................... 5.3.2. Hidrogenación catalítica ........................................................................................ 5.3.3. Reacciones con amoniaco líquido ........................................................................ 5.3.4. Reacciones en tubo cerrado ..................................................................................

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Índice

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5.3.5. Reacciones con diazometano ................................................................................ 5.3.6. Ozonolisis ................................................................................................................ 5.3.7. Reacciones fotoquímicas ....................................................................................... 5.3.8. Reacciones radicálicas ........................................................................................... 5.3.9. Reacciones con organolíticos ................................................................................ Bibliografía .....................................................................................................................................

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6. EXTRACCIÓN Y LAVADO ...................................................................................................... 101 6.1. Aislamiento del producto deseado .................................................................................... 6.2. Extracción líquido-líquido .................................................................................................. 6.2.1. Fundamento teórico ............................................................................................... 6.2.2. Procedimiento experimental ................................................................................. 6.3. Extracción ............................................................................................................................ 6.3.1. Elección del disolvente .......................................................................................... 6.3.2. Orden de las fases ................................................................................................... 6.4. Lavado de disoluciones orgánicas ..................................................................................... 6.5. Extracción ácido-base ......................................................................................................... 6.6. Emulsiones ........................................................................................................................... 6.7. Extracción líquido-líquido en continuo ............................................................................ 6.8. Extracción sólido-líquido en continuo .............................................................................. Bibliografía .....................................................................................................................................

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7. SECADO Y FILTRACIÓN ......................................................................................................... 119 7.1. Secado: eliminación de restos de agua .............................................................................. 7.1.1. Agentes desecantes ................................................................................................ 7.1.2. Secado de líquidos .................................................................................................. 7.1.3. Secado de disoluciones orgánicas ......................................................................... 7.1.4. Secado de sólidos .................................................................................................... 7.2. Secado: eliminación de trazas de disolvente .................................................................... 7.3. Filtración .............................................................................................................................. 7.3.1. Filtración por gravedad ......................................................................................... 7.3.2. Filtración a presión reducida ................................................................................ 7.3.3. Filtración sobre celita ............................................................................................ 7.3.4. Filtración a pequeña escala con pipeta Pasteur .................................................. 7.3.5. Filtración bajo atmósfera inerte ........................................................................... Bibliografía .....................................................................................................................................

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8. DESTILACIÓN ............................................................................................................................ 131 8.1. Introducción ......................................................................................................................... 132 8.2. Fundamento teórico ............................................................................................................ 132

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Técnicas experimentales en síntesis orgánica

8.2.1. Evaporación ............................................................................................................ 8.2.2. Presión de vapor ..................................................................................................... 8.2.3. Ebullición ................................................................................................................ 8.3. Destilación de un líquido puro .......................................................................................... 8.4. Destilación de mezclas de líquidos .................................................................................... 8.4.1. Mezclas de líquidos miscibles ............................................................................... 8.4.2. Azeótropos .............................................................................................................. 8.4.3. Mezclas de líquidos inmiscibles ............................................................................ 8.5. Procedimiento experimental .............................................................................................. 8.5.1. Generalidades ......................................................................................................... 8.5.2. Destilación sencilla ................................................................................................. 8.5.3. Destilación fraccionada ......................................................................................... 8.5.4. Destilación con spinning-band .............................................................................. 8.5.5. Destilación a vacío ................................................................................................. 8.5.6. Destilación en rotavapor ....................................................................................... 8.5.7. Destilación en horno de bolas .............................................................................. 8.5.8. Destilación bajo atmósfera inerte ........................................................................ 8.5.9. Destilación en corriente de vapor ........................................................................ Bibliografía .....................................................................................................................................

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9. CRISTALIZACIÓN Y SUBLIMACIÓN ................................................................................. 153 9.1. Cristalización ........................................................................................................................ 9.1.1. Elección del disolvente .......................................................................................... 9.1.2. Procedimiento experimental ................................................................................. 9.1.3. Cristalización en mezcla de disolventes ............................................................... 9.1.4. Otras técnicas .......................................................................................................... 9.2. Punto de fusión .................................................................................................................... 9.2.1. Fundamento teórico ............................................................................................... 9.2.2. Procedimiento experimental ................................................................................. 9.3. Sublimación .......................................................................................................................... 9.3.1. Fundamento teórico ............................................................................................... 9.3.2. Procedimiento experimental ................................................................................. Bibliografía .....................................................................................................................................

154 155 156 159 160 161 161 162 163 164 164 165

10. CROMATOGRAFÍA ................................................................................................................... 167 10.1. Introducción ......................................................................................................................... 10.2. Tipos de cromatografía ....................................................................................................... 10.3. Cromatografía de adsorción ............................................................................................... 10.3.1. Fase estacionaria .................................................................................................... 10.3.2. Fase móvil ............................................................................................................... 10.3.3. Retención ................................................................................................................

168 168 169 169 170 170

Índice

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10.3.4. Cromatografía analítica en capa fina ................................................................... 10.3.5. Cromatografía preparativa en placa .................................................................... 10.3.6. Cromatografía en columna .................................................................................... 10.4. Cromatografía de partición ................................................................................................ 10.4.1. Fundamento teórico ............................................................................................... 10.4.2. Tipos de cromatografía de partición .................................................................... 10.4.3. Procedimiento experimental ................................................................................. 10.5. Cromatografía de intercambio iónico ............................................................................... 10.5.1. Fundamento teórico ............................................................................................... 10.5.2. Procedimiento experimental ................................................................................. Bibliografía .....................................................................................................................................

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11. CROMATOGRAFÍA DE GASES Y HPLC ............................................................................. 189 11.1. Introducción ......................................................................................................................... 11.2. Parámetros básicos comunes en GC y HPLC ................................................................... 11.2.1. Factor de capacidad ............................................................................................... 11.2.2. Selectividad ............................................................................................................. 11.2.3. Eficacia .................................................................................................................... 11.2.4. Resolución ............................................................................................................... 11.3. Cromatografía de gases ...................................................................................................... 11.3.1. Gas portador ........................................................................................................... 11.3.2. Columnas ................................................................................................................. 11.3.3. Inyector .................................................................................................................... 11.3.4. Temperatura ............................................................................................................ 11.3.5. Detector ................................................................................................................... 11.3.6. Procedimiento experimental ................................................................................. 11.4. HPLC .................................................................................................................................... 11.4.1. Fase móvil ............................................................................................................... 11.4.2. Columnas ................................................................................................................. 11.4.3. Bomba ...................................................................................................................... 11.4.4. Inyector .................................................................................................................... 11.4.5. Detector ................................................................................................................... 11.5. Aplicaciones de GC y HPLC ............................................................................................. 11.5.1. Análisis cualitativo ................................................................................................. 11.5.2. Análisis cuantitativo ............................................................................................... Bibliografía .....................................................................................................................................

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12. PREPARACIÓN DE MUESTRAS PARA ANÁLISIS ......................................................... 205 12.1. Introducción ......................................................................................................................... 12.2. Espectrofotometría infrarroja ............................................................................................ 12.2.1. Muestras líquidas y en disolución ......................................................................... 12.2.2. Muestras sólidas .....................................................................................................

206 206 206 208

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Técnicas experimentales en síntesis orgánica

12.3. Espectrofotometría ultravioleta y visible ......................................................................... 12.4. Resonancia magnética nuclear .......................................................................................... 12.4.1. Disolventes deuterados ......................................................................................... 12.4.2. Preparación de la muestra ..................................................................................... 12.4.3. Tabulación de los datos .......................................................................................... 12.5. Espectrometría de masas .................................................................................................... 12.6. Rotación óptica .................................................................................................................... 12.7. Análisis de difracción de Rayos X ..................................................................................... Bibliografía .....................................................................................................................................

209 211 211 214 215 216 216 218 218

13. EL CUADERNO DE LABORATORIO ................................................................................. 219 13.1. Introducción ......................................................................................................................... 13.2. Recomendaciones generales .............................................................................................. 13.3. Contenido del cuaderno de técnicas experimentales ...................................................... 13.4. Contenido del cuaderno de síntesis orgánica ................................................................... 13.5. El cuaderno de laboratorio en la industria ....................................................................... 13.6. El cuaderno electrónico ...................................................................................................... Bibliografía .....................................................................................................................................

220 220 221 221 224 226 227

14. BÚSQUEDA DE DATOS EN LA BIBLIOGRAFÍA ............................................................ 229 14.1. 14.2. 14.3. 14.4. 14.5.

Introducción ......................................................................................................................... Tablas de datos ..................................................................................................................... Tratados y enciclopedias ..................................................................................................... Artículos de revisión ........................................................................................................... Bases de datos ...................................................................................................................... 14.5.1. Web of Knowledge ................................................................................................. 14.5.2. Reaxys ...................................................................................................................... 14.5.3. Scifinder ................................................................................................................... 14.6. Ejemplos prácticos de búsquedas bibliográficas (Scifinder) .......................................... 14.6.1. Búsqueda de un método de síntesis para la nifedipina ...................................... 14.6.2. Descripción del registro de la nifedipina ............................................................. 14.7. Bibliografía primaria ........................................................................................................... 14.7.1. Revistas científicas ................................................................................................. 14.7.2. Patentes ................................................................................................................... Bibliografía .....................................................................................................................................

230 230 234 234 234 235 236 237 237 238 242 245 245 247 253

ÍNDICE DE MATERIAS .................................................................................................................. 255