Universidad Andrés Bello Facultad de Ecología y Recursos Naturales

Departamento de Ciencias Químicas

MANUAL DE LABORATORIO PARA

QUÍMICA ORGÁNICA I

COMPILADO POR: Dra. Maria Cristina Chamy Dr. Wilson Cardona Prof. Rolando Martinez

2009 Nombre:................................ Carrera:................................

NORMAS BÁSICAS DEL LABORATORIO Cada alumno debe cumplir una sesión de laboratorio obligatoria de tres horas de duración. Deben presentarse en el Laboratorio de Química el día y hora que le corresponda provisto de delantal y cuaderno de laboratorio. Se exigirá puntualidad y no se permitirá realizar un trabajo práctico sin su delantal. El alumno debe llegar al laboratorio habiendo preparado previamente el tema correspondiente al trabajo práctico que se llevará a cabo. Esto se verificará previamente mediante un control escrito al comienzo del mismo. El alumno que no haya rendido este control no podrá realizar el respectivo laboratorio y deberá justificar en la Secretaría de Estudios de la Carrera correspondiente. Sólo se podrá recuperar un control y laboratorio previamente justificados al final del semestre. Una vez finalizada la sesión de laboratorio se deberá entregar un informe del tema desarrollado de acuerdo a la pauta que le entregarán los ayudantes de laboratorio. Este informe deberá ser entregado a más tardar la próxima sesión de laboratorio. La nota final de laboratorio (NFL) corresponde al promedio de todos los controles de laboratorio ( C ) y de los informes ( I ), más una prueba final (Examen) de laboratorio (PL) . La ponderación de cada actividad es: NFL = 0.4 C + 0.3 I + 0.3 PL

MEDIDAS DE SEGURIDAD EN EL LABORATORIO Precauciones para evitar incendios: 1.- Siempre que use un mechero tenga en cuenta lo siguiente: - No caliente nunca un solvente inflamable de punto de ebullición menor de 100°C

(metanol, éter etílico, acetona, benceno, etanol, etc.) en un recipiente abierto. - Si calienta un solvente a reflujo cerciórese de que todas las conexiones estén bien

ajustadas. - No trasvasije líquidos inflamables cerca de una llama. - No reciba un destilado en un recipiente muy retirado del condensador o cerca de la

llama del mechero de su vecino. Por norma general, los recipientes deben quedar lo más alejados posible de los mecheros.

2.- No caliente nunca un sistema cerrado aunque vaya provisto de un condensador. 3.- Siempre que realice una operación exotérmica tenga preparado un baño de hielo o de agua fría para poder controlarla. 4.- No guarde solventes en vasos abiertos y manténgalos lejos de la llama del mechero. 5.- No deje los recipientes de solventes en el mesón de trabajo sino en una estantería lateral o en la campana. 6.- No vierta solventes en los lavaderos sino en los recipientes provistos para ello en el laboratorio. 7.- No deje ningún objeto ajeno al trabajo en el mesón de trabajo (libros, cuadernos, carteras, mochilas, etc.).

8.- Tenga siempre presente la ubicación de los extintores del laboratorio y aprenda a usarlos. Precauciones en el manejo de productos químicos: 1.- No permita que se pongan en contacto con la piel o ropa. 2.- No pruebe ningún sólido, líquido o solución al menos que se le especifique hacerlo. 3.- Evite inhalar, en lo posible, vapores de solventes. Si quiere tomar el olor de algún producto como criterio de identificación, hágalo con cuidado y colocando el recipiente a 15 cm de la nariz. 4.- Limpie cualquier porción de líquido que derrame. Si se trata de un ácido, lave con agua, neutralice con una solución de bicarbonato o carbonato de sodio y vuelva a lavar con agua. En lo posible use guantes para realizar esta operación. Precauciones en el manejo de material de vidrio: Para evitar cortaduras al tratar de introducir una varilla de vidrio o un termómetro en un orificio de un tapón: 1.- Trate de que el orificio tenga un tamaño adecuado. 2.- Lubrique la varilla con agua, solución jabonosa o glicerina. 3.- Proteja sus manos con un paño. 4.- Sostenga la varilla lo más cerca de un extremo y aplique suavemente presión hasta pasarla completamente. 5.- Si se trata de una varilla con ángulo, tómela desde la parte más próxima al corcho o tapón para hacer presión. 6.- No mantenga el tapón o corcho en la palma de su mano ni lo dirija hacia su mano o cuerpo. Sosténgalo entre el pulgar y el dedo índice. 7.- No olvide ablandar en corcho antes de horadarlo. Quemaduras con productos químicos: Las áreas de la piel que estén en contacto con productos químicos corrosivos deben lavarse bien con abundante agua. Si el producto es un ácido, lave con una solución saturada de bicarbonato de sodio y nuevamente con agua. Si se trata de un álcali, lave con agua y con una solución de ácido acético al 1% y finalmente, con agua. Si saltan trozos de sodio a la piel, saque los pedazos con una pinza, lave con alcohol y luego con una solución de ácido acético al 1%. Finalmente, coloque una gasa con un ungüento apropiado. Las quemaduras con bromo son especialmente delicadas. Debe lavar primero con agua y empaparse con una solución de tiosulfato de sodio al 10%. Si el producto químico, corrosivo o caliente, salta a sus ojos, lave con abundante agua de la llave más próxima tanto el globo ocular como el párpado. Nunca se restriegue los ojos o se introduzca las manos a la boca sin antes de lavar prolijamente sus manos. Envenenamientos: Sólidos y líquidos: Ácidos: beber mucha agua y luego leche de magnesia. También se puede tomar leche pero nunca provocar el vómito manualmente o con eméticos.

Álcali: beber mucha agua y, después, vinagre, jugo de limón o de naranja o solución de ácido cítrico. Se puede tomar leche pero nunca provocar el vómito manualmente o con eméticos. Sales de metales pesados: beber leche o clara de huevo. Arsénico o mercurio: dar un emético inmediatamente (sulfato de zinc en un vaso de agua tibia). Gases: Sacar a la persona al aire libre y aflojarles las ropas del cuello. Si ha inhalado vapores de bromo o cloro hacerle inhalar vapores de amoniaco. Para evitar accidentes en el laboratorio debe seguir ciertas recomendaciones: 1.- Mantenga siempre las llaves de agua y de gas cerradas cuando no las esté utilizando. 2.- Nunca tire desechos insolubles como papeles filtro, fósforos o similares a los lavaderos. 3.- Nunca trabaje solo en el laboratorio. 4.- No eche trozos de sodio metálico en los lavaderos o recipientes de la basura. Sumérjalos en parafina y pregunte dónde y cómo deshacerse de ellos. 5.- El trabajo con productos irritantes o solventes cancerígenos (benceno, cloroformo, diclorometano, tetracloruro de carbono) debe hacerse en campana. 6.- No mire por la boca de los matraces o tubos de ensayo cuando esté llevando a cabo una reacción. 7.- Evite inundaciones sobre el mesón dando la presión suave de agua al refrigerante. 8.- Siempre lleve puestas sus antiparras y delantal en el laboratorio. 9.-Todo equipo armado por él o los estudiantes deberá ser revisado por el profesor antes de usarlo. 10.- Los reactivos de uso general deberán permanecer en los lugares asignados a ellos. Todo reactivo, luego de ser usado, debe ser tapado inmediatamente. 11.- Las balanzas deben permanecer limpias y sin tara. Su uso exige protección del plato así que utilice vidrio de reloj o cualquier otro recipiente adecuado. 12.- No ingiera alimentos ni bebidas en el laboratorio. 13.- No utilice los materiales de laboratorio para beber agua. 14.- Lave prolijamente sus manos antes de retirarse del laboratorio. 15.-Entregue sus bandejas al final de laboratorio y deje limpio su lugar de trabajo. Para evitar los accidentes con fuego siga las siguientes normas: 1.- Apague todas las llamas y retire todos los productos inflamables de las proximidades. 2.- Si el fuego es pequeño sofóquelo con un paño mojado. 3.- Si el fuego es grande use un extintor. 4.- Si se inflaman las ropas de alguna persona: - Evite que corra - Hágala rodar por el suelo para que el fuego no llegue a la cabeza. - Cúbrala con una manta o cualquier prenda que tenga a mano. - Trate las quemaduras pequeñas con un ungüento. Las quemaduras mayores deben ser

atendidas por un médico.

LABORATORIO DE QUÍMICA ORGÁNICA

PAUTA PARA LA CONFECCIÓN DE INFORMES DE LABORATORIO 1. Introducción (aproximadamente media página).(1.0 ptos) 2. Objetivos.(0.3 ptos) 3. Desarrollo experimental. (0.2 ptos) 4. Resultados. (3.0 total) 4.1. Rendimiento (cálculos, ecuación química balanceada).(1.0) 4.2. Constantes físicas de reaccionantes y productos.(0.5) Peso Molecular (M) Fórmula molecular Densidad (ρ) Índice de refracción (ηD) Temperatura de ebullición (Te) Temperatura de fusión (Tf) Solubilidad 4.3. Grupos funcionales de precursores y productos.(0.5) 4.4. Respuesta a Preguntas.(1.0) 5. Observaciones y Discusiones.(1.0pto) 6. Conclusiones.(1.0pto) 7. Bibliografía (a lo menos 2, una obligatoria de libro).(0.5pto) Libros (citarlos de esta manera): Labra, A., Escobar, C.A. & Niemeyer, H. M. (2001). Chemical discrimination in Liolaemus lizards: Comparison of behavioral and chemical data. En: Chemical signals in vertebrates, Vol 9. Marchlewska-Koj, A. Lepri, J. J. and Muller-Schwarze,D., Editores. Kluwer Academic / Plenum Publichers. Revistas (citarlos de esta manera): Escobar, C.A., Labra, A. & Niemeyer, H. M. (2001) Chemical composition of precloacal secretions of Liolaemus lizards. Journal of the Chemical Ecology, 27: 1-14.

TÉCNICAS DE TRABAJO EN EL LABORATORIO 1. SOLUBILIDAD DE LOS COMPUESTOS ORGÁNICOS La solubilidad de un sólido en un disolvente está relacionada con la estructura química de ambos y por lo tanto con sus polaridades. Para predecir esta solubilidad, se deben tener en cuenta las características de ambos (soluto y disolvente) Decimos que un sólido es soluble en un disolvente cuando al mezclarlos forman una fase homogénea (en una relación de 0,1 g de soluto en máximo 3 mL de disolvente). Los solventes fuertemente polares disuelven solutos iónicos, o altamente polares, pero no sustancias de baja polaridad, y los solventes poco polares disuelven sustancias poco polares pero no disuelven las sustancias iónicas o muy polares. Es por eso que se puede decir que lo semejante disuelve a lo semejante. Otro factor importante es la posibilidad de formación de uniones puente hidrógeno entre el soluto y el disolvente, si ocurre esto, se facilita la disolución de los solutos que participen en este tipo de unión. La solubilidad de un soluto empleando cualquier disolvente, aumentará con la temperatura. Son disolventes polares: agua, alcoholes, dimetilformamida (DMF), dimetilsulfóxido (DMSO) y algunos ácidos de bajo peso molecular (formico y acético), entre otros Son disolventes no polares: éter de petróleo (Hexano), tetracloruro de carbono, ciclohexano, benceno, tolueno, entre otros. Se puede establecer un orden práctico de la polaridad de los disolventes que se utilizan en el laboratorio, según la siguiente serie eluotrópica de disolventes

Éter de petróleo Ciclohexano Sulfuro de carbono Tetracloruro de carbono Benceno Tolueno Diclorometano Cloroformo Éter etílico Tetrahidrofurano Acetato de etilo Acetona n.butanol etanol metanol agua ácido acético

+ polar

2. MÉTODOS DE SEPARACIÓN DE MEZCLAS Una mezcla de dos o más compuestos puede ser heterogénea u homogénea, dependiendo si existe una o más fases en ella. Las mezclas heterogéneas presentan fases inmiscibles (sólido-líquido o liquido-liquido) que pueden separarse en forma mecánica (filtración, decantación, etc.). Los métodos de separación de las mezclas homogéneas (una sola fase) se basan en las diferencias de las propiedades físicas o químicas que son características de los compuestos que constituyen esta mezcla. 2.1. SEPARACIÓN DE MEZCLAS HETEROGÉNEAS 2.1.1. FILTRACION Permite separar sólidos de líquidos, para ello se utiliza un material poroso (material filtrante) que permite el paso del líquido sobrenadante o filtrado reteniendo el sólido. Como material filtrante se puede utilizar papel filtro, frita de vidrio, mota de algodón, lana de vidrio o una tela, dependiendo la elección del tamaño de la partícula como de las características químicas de la mezcla a filtrar (no debe reaccionar con el material filtrante). La filtración puede ser simple de dos tipos: 2.1.1.1 FILTRACIÓN POR GRAVEDAD: Se emplea para eliminar un sólido que se va a desechar, el cual queda retenido en el filtro de papel situado en el embudo cónico, con lo que se recupera la disolución. Esta técnica se usa en procesos de recristalización o en la eliminación de un desecante añadido a una disolución con un disolvente orgánico. Se realiza a través de un embudo de vidrio provisto de un filtro de papel, cónico o de pliegues. El liquido pasa a través de ellos por efecto de la gravedad, quedando la parte sólida retenida en el filtro. Si lo que interesa es el sólido que queda recogido en el filtro es mejor usar el cónico ya que es más fácil recoger el sólido de éste, una vez efectuada la filtración. Si lo que interesa es la parte disuelta, se usa el de pliegues, ya que hay una mayor superficie de filtración. Además, los pliegues permiten el paso del aire con más facilidad lo que hace que las presiones dentro y fuera del matraz se igualen rápidamente.

Esquema para la preparación de un filtro de pliegues

2.1.1.2 FILTRACIÓN AL VACIO: es un método físico que se utiliza para separar mezclas heterogéneas de un sólido en un solvente o mezcla de reacción líquida. La mezcla se vierte en un embudo a través de un papel filtro, el sólido de la mezcla queda en éste y el líquido es atraído hacia un recipiente colocado abajo, gracias al vacío que se aplica con una bomba de vacío. Se utiliza cuando se requiere un proceso más rápido. En estos casos se utiliza un embudo Büchner, el cual posee una placa con hoyos para soportar el papel de filtro. Existen embudos Büchner de porcelana, vidrio y plástico. Antes de colocar el papel de filtro se recorta de modo tal que tape todos los hoyos, pero sin que quede levantado en las paredes. El papel se humedece con agua destilada para fijarlo en su lugar. El embudo está provisto de un anillo de caucho que encaja perfectamente en la boca de un Erlenmeyer de tubuladura lateral. Cuando el líquido (filtrado) es importante, es conveniente colocar una trampa entre el Erlenmeyer que recibe el filtrado y la trompa de succión, porque siempre existe el peligro de que el agua se devuelva y contamine el filtrado.

2.1.1.3. LA DECANTACIÓN es una técnica de separación que aprovecha la diferencia de densidades. Generalmente el sólido es más denso que el líquido, por lo cual se deposita en el fondo del recipiente, quedando la parte superior del líquido prácticamente sin partículas del sólido y se puede retirar con facilidad. En los procedimientos donde el sólido requiere ser lavado para retirar algún producto soluble, es conveniente combinar la filtración con la decantación. Cuando el sólido ha decantado, se separan las diferentes fases y se transfieren suavemente al embudo la capa superior del líquido. Se agrega más solución de lavado al vaso, se agita y se repite el procedimiento de separación y lavado, hasta que los iones o el producto que se quiere retirar no se encuentren presentes en el filtrado. En ese momento ya se puede transferir todo el sólido al papel de filtro con la ayuda de un frasco lavador. Si se trata de una mezcla inmiscible líquido-líquido, puede usarse un embudo de separación en el cual el líquido más denso se deposita en la parte inferior del embudo, de donde se puede extraer abriendo la llave del mismo. 2.1.2. RECRISTALIZACIÓN La recristalización es el procedimiento por el cual se separan las impurezas de un compuesto sólido mediante el uso de solventes puros o mezclas de solventes basándose en la diferencia de solubilidades de ambos productos a diferentes temperaturas. En general, la solubilidad de un producto en un solvente determinado aumenta con la temperatura. Si en una mezcla de sólidos uno de ellos es más soluble en frío que el otro, a temperatura

ambiente uno cristalizará mientras que el otro quedará disuelto en el líquido sobrenadante. Una posterior filtración permitirá obtener el producto de alta pureza, lo cual se verifica mediante el punto de fusión (p.f.). Se debe recristalizar el producto tantas veces como sea necesario hasta que el p.f. se mantenga constante. Recuerde que el p.f. de un sólido disminuye al aumentar la proporción de sustancias contaminantes. El método de purificación de un sólido por recristalización comprende los siguientes pasos: 2.1.2.1.- Selección del solvente adecuado: El solvente ideal para la purificación de un sólido debe reunir ciertas características:

- No debe reaccionar con el soluto. - La temperatura de ebullición debe ser menor al punto de fusión o de

descomposición del soluto. - Debe ser capaz de disolver una cantidad significativamente mayor del sólido a

una alta temperatura que a temperatura ambiente. - No debe disolver los contaminantes en caliente o bien disolverlos

significativamente en frío. - Debe tener una presión de vapor alta para facilitar el secado de los cristales

filtrados. Cuando dos o más solventes sean adecuados para la purificación se elegirá aquel que sea de más fácil eliminación, menor inflamabilidad, menor toxicidad y menor costo. 2.1.2.2.- Disolución del sólido impuro en el solvente caliente: El sólido debe ser disuelto en la mímina cantidad de solvente caliente para favorecer al máximo la recuperación del sólido a purificar al enfriarse la solución. Se debe armar un aparato para calentamiento a reflujo y eventualmente se calentará en un baño de agua. Si debe agregarse más solvente, esto se hará en pequeñas proporciones por la parte superior del refrigerante retirando previamente el manto calefactor o mechero. Se agrega tantas veces como sea necesario para disolver el producto al punto de ebullición del solvente (cada vez que se agrega una porción de solvente se debe llevar a ebullición y evaluar la disolución). El calentamiento a reflujo asegura que no se pierda solvente al calentarlo, especialmente cuando se usan mezclas de solventes. 2.1.2.3.- Decoloración de la solución: A veces las impurezas de algunos sólidos dan soluciones coloreadas. Estos se eliminan agregando, generalmente, una porción de carbón activado (las impurezas se adsorben en la superficie del carbón permitiendo eliminarlas de la solución). El carbón activado se agrega sobre la solución tibia para evitar proyecciones del solvente y luego se lleva a ebullición. Se debe agregar no más de un 2% en peso de carbón respecto al sólido ya que éste también puede adsorberse sobre el carbón disminuyendo el rendimiento. Una vez calentada la solución a ebullición en presencia de carbón activado se filtra en caliente para separar el adsorbente. 2.1.2.4.- Separación de las impurezas insolubles por filtración en caliente: La filtración se realiza con un embudo analítico, preferentemente de vástago corto, usando un papel filtro plegado para aumentar la velocidad de filtrado. Conviene calentar el embudo, el filtro y el recipiente en que se recibirá la solución caliente para evitar la cristalización en ellos. Una vez filtrada en caliente, la solución se deja enfriar a temperatura ambiente. El

enfriamiento debe ser paulatino para evitar la formación de cristales muy pequeños que pueden adsorber impurezas. Si el sólido no cristaliza a temperatura ambiente se deben seguir los siguientes pasos:

- Agregar un cristal de producto puro (siembra). Si no se tiene producto puro se pude obtener mediante la evaporación del solvente de una alícuota de la solución.

- Raspar las paredes del recipiente con una varilla de vidrio por debajo del nivel de la solución.

- Enfriar la solución en hielo o mezcla hielo-sal cuidando que la temperatura sea mayor al punto de congelación del solvente.

2.1.2.5.- Recolección de los cristales por filtración al vacío: Una vez que ha recristalizado el producto y la solución ha alcanzado la temperatura ambiente, los cristales se filtran en un equipo de filtración al vacío que consta de un matraz Kitasato provisto de un embudo Büchner. Los cristales que quedan en el recipiente deben ser arrastrados con las aguas madres de cristalización contenidas en el matraz Kitasato. Los cristales deben ser luego lavados en el mismo embudo Büchner ya sea con una pequeña cantidad de solvente utilizado en la recristalización previamente enfriado para evitar pérdidas por disolución o con otro solvente que sea muy volátil y en el cual el producto sea muy insoluble. Para lavar se debe quitar el vacío, agregar la porción de solvente, agitar cuidadosamente los cristales con una varilla de vidrio evitando romper el papel filtro y luego aplicar vacío. Este paso se debe repetir tantas veces como sea necesario para hasta obtener cristales de un color homogéneo. Luego, los cristales se dejan secar ya sea en el mismo sistema al vacío o a temperatura ambiente. 2.1.2.6.- Determinación de la pureza del sólido: Un método aceptable para la determinación de la pureza de un sólido es el punto de fusión (PF). Generalmente, se informa como un intervalo el cual no debe ser mayor a 2°C. Este intervalo comienza desde que se aprecia la primera gota de líquido hasta que la fusión sea completa. 2.1.2.7.- Cálculo del rendimiento de recristalización: El rendimiento de la recristalización corresponde a la razón entre el peso de sólido obtenido y el peso del sólido de partida: si X es el peso de sólido recristalizado e Y el peso del sólido de partida, entonces el rendimiento será: Rendimiento (%) = (X / Y) x 100 2.1.2.8. Recristalización en mezclas de solventes: A menudo un compuesto orgánico es muy soluble en un determinado solvente e insoluble o muy poco soluble en otro. Aprovechando esta diferencia de solubilidad se puede llevar a cabo la recristalización en una mezcla de ambos solventes, siempre y cuando sean miscibles y tengan un punto de ebullición muy similar. El procedimiento en estos casos es el siguiente: a).- El sólido se disuelve en caliente y a reflujo en la mínima cantidad de solvente en que es soluble. b).- Una vez disuelto se agregan pequeñas cantidades del otro solvente a través del refrigerante. Se agrega lentamente hasta que se observa una turbidez permanente en la solución.

c).- Luego se agrega una cantidad de solvente en que es soluble hasta volver a tener una solución transparente. De este modo se asegura tener una solución saturada del producto en cuestión. d).- Se sigue con el procedimiento normal de recristalización. Las mezclas de solventes más utilizadas son etanol-agua, cloroformo-hexano, etanol-benceno. 2.2. SEPARACIÓN DE MEZCLAS HOMOGÉNEAS Para separar cada uno de los componentes de una mezcla homogénea se utilizan las técnicas de extracción, cromatografía en columna y destilación. Las dos primeras se basan en la distribución de un soluto entre dos fases inmiscibles. La destilación se utiliza cuando se requiere separar líquidos desde una mezcla homogénea que contiene otros líquidos o sólidos disueltos en ella. Esta técnica se basa en las diferencias de punto de ebullición de los distintos componentes a una presión determinada 2.2.1. DESTILACIÓN La separación y purificación de líquidos por destilación constituye una de las principales técnicas para purificar líquidos volátiles. La destilación hace uso de la diferencia entre los puntos de ebullición de las sustancias que constituyen una mezcla. El método físico consiste en suministrar calor a la mezcla logrando que el líquido de menor punto de ebullición se vaporice en primer lugar y luego se produzca la condensación de ese vapor al ponerlo en contacto con una superficie fría (refrigerante). Existen varios tipos de destilaciones. La elección en cada caso se hace de acuerdo con las propiedades del líquido que se pretenda purificar y de las impurezas que lo contaminan. 2.2.1.1. DESTILACIÓN SIMPLE Se utiliza en la purificación de líquidos cuyo punto de ebullición es inferior a 150ºC, a presión atmosférica, para eliminar impurezas no volátiles y para separar dos líquidos con puntos de ebullición que difieran en al menos 25 ºC. El vapor formado por la ebullición del componente, simplemente se condensa y se recoge en el matraz.

Equipo de destilación simple

2.2.1.2. DESTILACIÓN AL VACÍO O PRESIÓN REDUCIDA Técnica usada en la separación de líquidos con un punto de ebullición superior a 150 ºC. Como un líquido hierve cuando su presión de vapor iguala la presión atmosférica, se puede reducir su punto de ebullición disminuyendo la presión a la cual se destila. Permite destilar líquidos a bajas temperaturas evitando de esta forma la descomposición térmica de las sustancias. Funciona esquemáticamente similar al anterior procedimiento, excepto que el sistema se conecta a una bomba de vacío o una trompa de agua. 2.2.1.3. DESTILACIÓN FRACCIONADA Técnica que se utiliza en la separación de sustancias cuyos puntos de ebullición difieren entre sí menos de 25ºC. La diferencia con la destilación simple es que incorpora una columna de fraccionamiento (o de rectificación) entre la disolución y el refrigerante. Esta columna de fraccionamiento, consta de un tubo largo de vidrio que lleva en su interior un relleno inerte (hélices de vidrio) o unos platos de condensación. La columna aporta una gran superficie para el intercambio entre el vapor que sube y el condensado que desciende, lo que hace posible una serie de vaporizaciones y condensaciones a lo largo de la columna.

Equipo de destilación fraccionada

En cualquier punto de esa columna de fraccionamiento, el condensado frío recibe calor del vapor que asciende y se vuelve a vaporizar parcialmente formando un vapor que se enriquece en el componente más volátil. La parte que no se vaporiza se enfría formando un condensado más rico en el componente menos volátil. Con la columna adecuada y un control suficiente de la temperatura se pueden separar con esta técnica líquidos que difieren unos pocos grados en su punto de ebullición. Una destilación fraccionada es equivalente a una secuencia de Destilaciones simples y por

tanto es un proceso más eficiente.

Esta técnica es particularmente importante en la industria del petróleo, donde el crudo se destila para obtener diferentes fracciones de intervalos de ebullición creciente. 2.2.1.4. DESTILACIÓN EN CORRIENTE DE VAPOR Técnica que corresponde a una destilación simple, que permite destilar sustancias de alto punto de ebullición en co-destilación con agua, a temperaturas menores que 100ºC. El

requisito para su aplicación es que el destilado sea muy poco soluble en agua y que sea suficientemente volátil. Al hacer pasar una corriente de vapor a través de la mezcla, ambos componentes se destilan juntos. Como el agua y el compuesto son inmiscibles, cada uno de ellos ejerce su presión de vapor independientemente del otro (contrario a la destilación simple). Cuando la suma de la presión de vapor del compuesto y del agua, se iguala a la presión atmosférica, por debajo de 100ºC, se produce la destilación conjunta de ambos componentes. La condensación de los vapores produce una mezcla acuosa a partir de la cual se extrae el compuesto deseado por filtración o extracción (mayor información al respecto se dará en el práctico número 2). Se emplea para separar una sustancia de una mezcla que posee un punto de ebullición muy elevado y que se descompone al destilar. También se utiliza para separar disolventes de alto punto de ebullición de sustancias sólidas que no son arrastradas. Como por ejemplo las fragancias naturales muy apreciadas que se encuentran en las plantas, como el mentol, eucaliptol, eugenol, la vainillina, etc.

Equipo de destilación con arrastre de vapor

3. MÉTODOS DE PURIFICACIÓN DE COMPUESTOS ORGÁNICOS Purificación de un compuesto se refiere a la separación de este desde una mezcla en la que se encuentra como componente mayoritario, los otros compuestos presentes en la mezcla se consideran como impurezas o contaminantes del compuesto mayoritario. La metodología a seguir para la purificación del compuesto involucra además de las técnicas de purificación, un criterio de pureza para determinar si el objetivo se cumplió. El grado de pureza se puede establecer por diferentes métodos: -Análisis cuantitativo o cualitativo de composición de la mezcla -Medición de propiedades físicas características del compuesto purificado -Análisis espectroscópico del compuesto purificado 3.1. COMPUESTOS LIQUIDOS. Dependiendo de las propiedades físicas y químicas del líquido y del tipo de impurezas presentes en la mezcla, el proceso puede lograrse con algunas de las técnicas que se describieron anteriormente. Se considera que un líquido está puro si sus constantes físicas (punto de ebullición, índice de refracción y densidad) coinciden con los informados en literatura con un error porcentual menos al 2%. 3.2. COMPUESTOS SÓLIDOS Para separar un compuesto sólido desde una mezcla en solución, se emplea el método de precipitación. Este se basa en la disminución de la solubilidad del sólido en el solvente, precipitando el compuesto y se aísla por filtración. El criterio de pureza es la determinación

del punto de fusión, el cual no debe presentar una diferencia mayor a 2ºC respecto al valor reportado en la literatura.

LABORATORIO N° 1: PURIFICACIÓN DE SÓLIDOS POR RECRISTALIZACIÓN:

La recristalización es el procedimiento por el cual se separan las impurezas de un compuesto sólido mediante el uso de solventes puros o mezclas de solventes basándose en la diferencia de solubilidades de ambos productos a diferentes temperaturas. En general, la solubilidad de un producto en un solvente determinado aumenta con la temperatura. Si en una mezcla de sólidos uno de ellos es más soluble en frío que el otro, a temperatura ambiente uno cristalizará mientras que el otro quedará disuelto en el líquido sobrenadante. Una posterior filtración permitirá obtener el producto de alta pureza, lo cual se verifica mediante el punto de fusión (p.f.). Se debe recristalizar el producto tantas veces como sea necesario hasta que el p.f. se mantenga constante. Recuerde que el p.f. de un sólido disminuye al aumentar la proporción de sustancias contaminantes. El método de purificación de un sólido por recristalización comprende los siguientes pasos: 1.- Selección del solvente adecuado: El solvente ideal para la purificación de un sólido debe reunir ciertas características:

- No debe reaccionar con el soluto. - La temperatura de ebullición debe ser menor al punto de fusión o de

descomposición del soluto. - Debe ser capaz de disolver una cantidad significativamente mayor del sólido a

una alta temperatura que a temperatura ambiente. - No debe disolver los contaminantes en caliente o bien disolverlos

significativamente en frío. - Debe tener una presión de vapor alta para facilitar el secado de los cristales

filtrados. Cuando dos o más solventes sean adecuados para la purificación se elegirá aquel que sea de más fácil eliminación, menor inflamabilidad, menor toxicidad y menor costo. 2.- Disolución del sólido impuro en el solvente caliente: El sólido debe ser disuelto en la mímina cantidad de solvente caliente para favorecer al máximo la recuperación del sólido a purificar al enfriarse la solución. Se debe armar un aparato para calentamiento a reflujo y eventualmente se calentará en un baño de agua. Si debe agregarse más solvente, esto se hará en pequeñas proporciones por la parte superior del refrigerante retirando previamente el manto calefactor o mechero. Se agrega tantas veces como sea necesario para disolver el producto al punto de ebullición del solvente (cada vez que se agrega una porción de solvente se debe llevar a ebullición y evaluar la disolución). El calentamiento a reflujo asegura que no se pierda solvente al calentarlo, especialmente cuando se usan mezclas de solventes. 3.- Decoloración de la solución: A veces las impurezas de algunos sólidos dan soluciones coloreadas. Estos se eliminan agregando, generalmente, una porción de carbón activado (las impurezas se adsorben en la superficie del carbón permitiendo eliminarlas de la solución). El carbón activado se agrega sobre la solución tibia para evitar proyecciones del solvente y luego se lleva a ebullición. Se debe agregar no más de un 2% en peso de carbón respecto al

sólido ya que éste también puede adsorberse sobre el carbón disminuyendo el rendimiento. Una vez calentada la solución a ebullición en presencia de carbón activado se filtra en caliente para separar el adsorbente. 4.- Separación de las impurezas insolubles por filtración en caliente: La filtración se realiza con un embudo analítico, preferentemente de vástago corto, usando un papel filtro plegado para aumentar la velocidad de filtrado. Conviene calentar el embudo, el filtro y el recipiente en que se recibirá la solución caliente para evitar la cristalización en ellos. Una vez filtrada en caliente, la solución se deja enfriar a temperatura ambiente. El enfriamiento debe ser paulatino para evitar la formación de cristales muy pequeños que pueden adsorber impurezas. Si el sólido no cristaliza a temperatura ambiente se deben seguir los siguientes pasos:

- Agregar un cristal de producto puro (siembra). Si no se tiene producto puro se pude obtener mediante la evaporación del solvente de una alícuota de la solución.

- Raspar las paredes del recipiente con una varilla de vidrio por debajo del nivel de la solución.

- Enfriar la solución en hielo o mezcla hielo-sal cuidando que la temperatura sea mayor al punto de congelación del solvente.

5.- Recolección de los cristales por filtración al vacío: Una vez que ha recristalizado el producto y la solución ha alcanzado la temperatura ambiente, los cristales se filtran en un equipo de filtración al vacío que consta de un matraz Kitasato provisto de un embudo Büchner. Los cristales que quedan en el recipiente deben ser arrastrados con las aguas madres de cristalización contenidas en el matraz Kitasato. Los cristales deben ser luego lavados en el mismo embudo Büchner ya sea con una pequeña cantidad de solvente utilizado en la recristalización previamente enfriado para evitar pérdidas por disolución o con otro solvente que sea muy volátil y en el cual el producto sea muy insoluble. Para lavar se debe quitar el vacío, agregar la porción de solvente, agitar cuidadosamente los cristales con una varilla de vidrio evitando romper el papel filtro y luego aplicar vacío. Este paso se debe repetir tantas veces como sea necesario para hasta obtener cristales de un color homogéneo. Luego, los cristales se dejan secar ya sea en el mismo sistema al vacío o a temperatura ambiente. 6.- Determinación de la pureza del sólido: Un método aceptable para la determinación de la pureza de un sólido es el punto de fusión (PF). Generalmente, se informa como un intervalo el cual no debe ser mayor a 2°C. Este intervalo comienza desde que se aprecia la primera gota de líquido hasta que la fusión sea completa. 7.- Cálculo del rendimiento de recristalización: El rendimiento de la recristalización corresponde a la razón entre el peso de sólido obtenido y el peso del sólido de partida: si X es el peso de sólido recristalizado e Y el peso del sólido de partida, entonces el rendimiento será: Rendimiento (%) = (X / Y) x 100

Recristalización en mezclas de solventes: A menudo un compuesto orgánico es muy soluble en un determinado solvente e insoluble o muy poco soluble en otro. Aprovechando esta diferencia de solubilidad se puede llevar a cabo la recristalización en una mezcla de ambos solventes, siempre y cuando sean miscibles y tengan un punto de ebullición muy similar. El procedimiento en estos casos es el siguiente: 1.- El sólido se disuelve en caliente y a reflujo en la mínima cantidad de solvente en que es soluble. 2.- Una vez disuelto se agregan pequeñas cantidades del otro solvente a través del refrigerante. Se agrega lentamente hasta que se observa una turbidez permanente en la solución. 3.- Luego se agrega una cantidad de solvente en que es soluble hasta volver a tener una solución transparente. De este modo se asegura tener una solución saturada del producto en cuestión. 4.- Se sigue con el procedimiento normal de recristalización. Las mezclas de solventes más utilizadas son etanol-agua, cloroformo-hexano, etanol-benceno. Parte experimental: Cada alumno recibirá una muestra de sólido. Deberá realizar pruebas de solubilidad en diferentes solventes (agua, etanol, acetato de etilo, cloroformo y hexano o éter de petróleo) en tubos de ensayos con una mínima cantidad del producto. Una vez determinado el solvente o mezcla de ellos para recristalizar pesará el producto y procederá a purificar su producto en un equipo de calentamiento a reflujo. Luego, deberá determinar el punto de fusión del producto recristalizado y el rendimiento de la recristalización. Bibliografía: 1.- A.I. Vogel, “ A textbook of Practical Organic Chemistry”, Longmans, Green and Co., Londres, 3° Edición, 1956, pág. 21-45 2.- R.J. Fessenden, J.S. Fessenden, “ Techniques and Experiments for Organic Chemistry”, Willlard Grant Press, Boston, 3° Edición, 1983, pág. 36-52. 3.- Brewster, “ Curso Práctico de Química Orgánica”, pág. 22-29.

LABORATORIO N° 2: SEPARACIÓN Y PURIFICACIÓN DE LOS COMPONENTES DE UNA TABLETA ANALGÉSICA: Ácido acetilsalicílico, Cafeína y p-hidroxiacetanilida.

Los comprimidos son formas farmacéuticas sólidas, generalmente discoideos o

lenticulares, aunque en la actualidad existe una enorme gama de formas. Se obtienen por la compresión de principios activos solos o asociados a excipientes. La compresión se realiza a través de una compresora que puede ser alternante o rotatoria. Los métodos de elaboración, ordenados de menor a mayor complejidad son los siguientes: compresión directa, granulación vía seca y granulación vía húmeda. La selección de uno u otro método dependerá de las características tanto del principio activo como de los excipientes.

Los excipientes son aditivos que se utilizan para transformar la sustancia farmacológicamente activa en una forma farmacéutica, por lo tanto pueden influir en las propiedades químicas y/o físicas del principio activo. Deben ser inertes, de bajo costo, estar aprobados por los organismos regulatorios y estar comercialmente disponibles. De acuerdo a la función que ejercen son clasificados en nueve grupos principales, dentro de los cuales se encuentran los aglutinantes; comúnmente almidón, celulosa microcristalina y sílicagel. Todos estos componentes deben tener una propiedad similar, ser insolubles en agua y en algunos solventes orgánicos comunes.

Inspeccionando las estructuras de la cafeína, ácido acetilsalicílico y p-hidroxiacetanilida (paracetamol) nos damos cuenta que corresponden a una especie básica, a un ácido orgánico fuerte y a un ácido orgánico débil, respectivamente.

N

OH

HCH3

O

O OH

O

O

CH3 N

N N

CH3

CH3

O

O

NCH3

Ác. acetilsalicílico(Aspirina)

p-hidroxiacetanilida(Paracetamol)

Cafeína

Tf = 169º-170ºC Tf =135ºC Tf = 233º-238ºC De acuerdo a esto, los datos de solubilidad son importantes para poder separar eficientemente cada uno de los componentes de interés. Es así, que el acetaminofeno (paracetamol) no es soluble en éter, cloroformo y diclorometano, además no es posible extraerlo mediante la adición de una base fuerte. Se pueden aprovechar estos datos de solubilidad disolviendo los otros dos componentes, cafeína y aspirina, en diclorometano y remover el paracetamol por filtración. El almidón es también insoluble en diclorometano, pero tratando la mezcla sólida con etanol, podríamos disolver el paracetamol y no el almidón. Por lo tanto, el almidón y el paracetamol son separados por filtración y este último evaporando el solvente.

Procedimiento Experimental

Pese la(s) tableta(s) que le proporcionará su profesor en el laboratorio y enseguida disgréguelas en un mortero. Una vez obtenido un polvo fino y homogéneo, colóquelo en un tubo de ensayo o matraz erlenmeyer pequeño y agregue 8 ml de CH2Cl2. Agite y caliente suavemente la mezcla sobre un manto calefactor (bajo campana) durante un período de tiempo corto, no permita que se evapore el solvente. Deje enfriar y separe por decantación la disolución (solución 1) obtenida del precipitado.

Al precipitado obtenido adicione 4 ml de C2H5OH y caliente a ebullición sobre un manto calefactor. Filtre la mezcla en caliente sobre un tubo de ensayo. Complete la transferencia de la solución, arrastrando con etanol caliente. Evapore cerca de dos tercios de la solución etanólica por calentamiento (agregue piedras de ebullición) y adicione más etanol si es necesario, para mejorar la solubilidad. Enfríe a temperatura ambiente durante unos minutos. Luego deposite el tubo tapado y rotulado en un baño hielo-agua. Filtre al vacío los cristales obtenidos y lávelos con pequeñas porciones de etanol frío. Determine la temperatura de fusión del sólido obtenido y calcule el rendimiento.

A la solución 1 agregue 4 ml de una solución de NaOH 3 M y agite. Remueva la fase acuosa cuidadosamente con una pipeta Pasteur y adicione 1 ml de H2O. Agite y nuevamente remueva la fase acuosa, la cual debe combinar con la primera fracción acuosa retirada (solución 2). A la solución de CH2Cl2 adicione Na2SO4 anhidro. Agite la solución unos minutos y deje reposar tapado, ± 2 min., para completar el proceso de secado. Decante, lave el agente secante con pequeñas porciones de CH2Cl2 y remueva el solvente. Se obtiene la cafeína cruda, que puede purificarse mediante sublimación o recristalización desde una mezcla tolueno:hexano. Determine la temperatura de fusión y el rendimiento.

A la solución 2, que contiene la sal de sodio del ácido carboxílico, se le adiciona

gota a gota, una solución de HCl 3 M hasta obtener un precipitado blanco. Se recristaliza el ácido acetilsalicílico desde esta solución, calentando a ebullición suavemente (si calienta a ebullición por demasiado tiempo, usted puede hidrolizar la aspirina al respectivo ácido salicílico) hasta disolución total del precipitado (si no se disuelve el precipitado, adicione más agua). Deje enfriar, filtre al vacío, lave los cristales con pequeñas porciones de agua fría, determine la temperatura de fusión y calcule el rendimiento. Fieser Louis F., “Organic Experiments”, Raytheon Education Co., 2ª Ed., 1968, pag. 189-193.

LABORATORIO Nº3 : PREPARACIÓN DE ASPIRINA (ÁCIDO ACETILSALICÍLICO) La aspirina es el fármaco que más se ha empleado en la sociedad moderna. El nombre de aspirina deriva de su estructura, ácido acetilsalicílico. Antiguamente al ácido salicílico se le conocía como ácido spiraerico (de la Spiraea ulmaria) y por lo tanto la aspirina era el ácido acetilespiraerico, de donde derivó su nombre. La aspirina es, aún actualmente, uno de los medicamentos de mayor uso y consumo mundial por su conocida acción analgésica, antipirética y antiinflamatoria sobre el organismo. La aspirina, actúa inhibiendo la biosíntesis de prostaglandinas, compuestos que inducen el dolor, la inflamación y la fiebre. Asimismo, la aspirina pose 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. Este es el producto que se extrae de varias plantas y es capaz de aliviar el dolor. Inicialmente, este fármaco se administró en forma de sal sódica. Sin embargo, el uso del salicilato sódico producia molestos efectos secundarios y se buscó una modificación del fármaco que retuviese las propiedades terapéuticas sin presentar los efectos secundarios indeseables. Por tratamiento de ácido salicílico con anhídrido acético se obtiene el ácido acetil salicílico, un compuesto tan eficaz como el salicilato sódico, pero de reducidos efectos secundarios. Este mismo tipo de estrategia se empleó mas tarde para la modificación de un 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 heroína, no cabe duda que en este caso la estrategia no tuvo el éxito que en el ácido salicílico. El producto de partida para la fabricación de la aspirina es el ácido salicílico que, a su vez, se prepara como sal sódica por tratamiento del fenóxido sódico con dióxido de carbono a unas 5 atm de presión y a una temperatura de 125ºC (síntesis de Kolbe). 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. Los estudios realizados para conocer el mecanismo de esta reacción , han puesto de manifiesto que el –OH del ácido (del grupo –COOH) y el –H del alcohol (del grupo –OH) son los que forman la molécula de H2O

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 (generalmente de alcohol). Aunque se pueden obtener esteres de ácido por reacción directa del ácido con el alcohol, se suele utilizar un derivado de ácido como puede ser un anhídrido o un cloruro como agente acilante, ya que estos permiten obtener los ésteres a una velocidad mucho mayor. En esta práctica, se prepara el ácido 2-acetoxibenzoico por reacción entre el ácido ortohidroxibenzoico y el anhídrido acético utilizando ácido sulfúrico como catalizador:

Procedimiento Experimental I. Síntesis de la aspirina Se colocan 2 g de ácido salicílico en un matraz Erlenmeyer de 100 mL. Se agregan 4 mL de anhídrido acético y luego 5 gotas de ácido sulfúrico concentrado. Se agita suavemente para mezclar reactivos y el matraz se sumerge en un vaso de precipitado de 600 mL lleno de agua caliente (≈ 80ºC), durante 20 minutos. Se aparta el matraz del baño y, mientras está aun caliente, se añade cuidadosamente gota a gota alrededor de 10 mL de agua destilada fría, agitando después de cada adición. Posteriormente el matraz se enfría en baño de hielo, con lo que el producto debe comenzar a cristalizar. Cuando el producto haya cristalizado, se recoge por filtración y se lava con una pequeña cantidad de agua destilada fría. II. Caracterización de la aspirina 1. 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 ión Fe+3. Los átomos de oxígeno del grupo –COOH y del grupo –OH del ácido salicílico forman un complejo con el ión 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 (FeCl3). 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. 2. 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. 3. Temperatura de fusión. En laboratorios anteriores se ha aprendido que las medidas de punto de fusión son efectivas en la identificación y en la determinación del grado pureza de un compuesto. Tf = 138 – 140 ºC. Cuestionario 1. Determine mediante cálculos el reactivo limitante y 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? Referencias • Williamson, K. Macroscale and Microscale Organic Experiments. Third Edition. Hougton Mifflin. 1999. • Vollhardt, P., Schore N. Organic Chemistry. Third Edition. USA. Freeman. 1998. • Lenox, R., Crissman, J. Laboratory Manual of Organic Chemistry. Belmont, Cal.: Wadsworth. 1979

LABORATORIO N° 4: IDENTIFICACIÓN DE FUNCIONES ORGÁNICAS

El análisis cualitativo y caracterización de compuestos orgánicos desconocidos es

importante en química orgánica. Así por ejemplo, el análisis elemental cualitativo nos indicará los elementos que conforman un compuesto orgánico (H, C, O, N, etc). No obstante, este análisis no nos indica el tipo de ordenamiento molecular de estos elementos en el compuesto y por tanto, no sabremos que tipo de grupo funcional se encuentra presente en la sustancia en estudio. Conocido el grupo funcional podremos entender o dar cuenta de la reactividad específica de un compuesto orgánico. La determinación del grupo funcional presente es un análisis cualitativo que se puede llevar a cabo a través de pruebas de tipo químico o por métodos espectroscópicos. En una primera etapa se determina a que clase de compuesto corresponde la sustancia a ser analizado mediante un método general. Una vez determinado el tipo de compuestos, se realiza un estudio más específico para saber que tipo de compuesto es, por ejemplo cetonas, alcoholes, aminas, etc. Las reacciones de clasificación deben efectuarse de acuerdo con la siguiente secuencia: aminas, amidas, ácidos carboxílicos, fenoles, ésteres, aldehídos y cetonas, alcoholes, alquenos y alquinos, y, finalmente, alcanos. Este orden garantiza que la presencia de los grupos funcionales que aparecen primero en la lista, harán una mínima interferencia en las pruebas específicas de otros grupos también presentes.

Como clasificación general se determina el color, aroma y estado físico (Sólido,

líquido o gas). Como referencia de color, los compuestos con alto grado de aromaticidad son

coloreados, de amarillo a rojo. Los esteres aromáticos se caracterizan por un olor a frutas y flores. Los ácidos se

caracterizan por un olor “punzante” y las aminas tienen olor a pescado. Se debe tener la precaución de inhalar muy levemente, debido a que algunos vapores pueden ser dañinos para el ser humano. Pruebas de solubilidad. Debido a que la solubilidad de una sustancia depende de su polaridad, es decir, el reordenamiento de sus átomos en las moléculas, una primera instancia para determinar los grupos funcionales presentes en un compuesto orgánico, podría ser encontrar los solventes en los cuales dicho compuesto puede ser soluble. El siguiente esquema ilustra un método adecuado para determinar, según los datos de solubilidad, el posible grupo funcional presente en una sustancia orgánica en estudio.

Soluble

Insoluble

H2OCompuesto

Papel pH Azul---Base

Papel pH Rojo---Acido

Papel pH S/color---Neutro

Aminas

Ac. Carboxilicos

Neutro

NaOH5%

Soluble

Insoluble

NaHCO3 5%

Insoluble

Soluble

Fenoles

Ac. Carboxilicos

Aminas

Ac. Fuertes

Ac. Debiles

Bases

HCl 5%

Insoluble

Soluble

Compuestos neutros

Compuestos Inertes

H2SO4

Soluble

Insoluble

Alquenos, esterealquinos, amidascetonas, aldehidosnitro compuestos.

Alcanos,Haluros de alquiloCompuestos Aromáticos

Pruebas específicas para grupos funcionales.

Halogenos

Prueba Beilstein: Sobre llama de mechero se calienta un alambre de cobre, se enfría y se pone en contacto con la muestra. Se vuelve a calentar, si se produce una llama verde, esto indica la presencia de halógenos. Prueba del nitrato de plata: En un tubo de ensayo agregue una gota del líquido desconocido o 5 gotas de una solución etanólica concentrada del sólido desconocido. Se adicionan 2 ml de una solución de nitrato de plata al 2% y se espera la formación de un precipitado, si transcurrido 5 min no hay formación de un precipitado, la solución se calienta suavemente en un manto calefactor. Si se forma el precipitado indica la presencia de halógenos. Cuando hay presencia de grupos de ácidos carboxílicos se falsea la observación, estos se previene adicionando 2-3 gotas de HNO3 al 5%. Si el precipitado se disuelve entonces hay presencia de ácido mientras que si el precipitado permanece, es la presencia de halógenos.

R-X + Ag+NO3- AgX + R+NO3

-CH3CH2OH

ROCH2CH3

Acidos carboxílicos. En un tubo de ensayo coloque 6 gotas del ácido (si es líquido) o 0.1 g (si es sólido). Agregue 1.0 mL de agua destilada y agite. Agregue luego carbonato de sodio, Na2CO3, con la punta de una espátula. Si se observa desprendimiento de gases o burbujas, la prueba se considera positiva.

Detección de Grupo Nitro Prueba del hidróxido de hierro: En un tubo de ensayo se colocan 1,5 ml de solución de acuosas de solución de sulfato aminoferroso y 10 mg de compuesto desconocido. Mezcle bien entonces se adiciona una cucharada (2 ml) de ácido sulfúrico 3N y un 1 ml de una solución de hidróxido de potasio 2N en metanol. Se observa la formación de un precipitado rojo-marrón (café).

R-NO2 + 4H2O + 6Fe(OH)2 R-NH2 + 6Fe(OH)3

Detección del grupo Ciano Prueba de la hidrólisis del grupo ciano: (Especial cuidado debe tener en esta parte, pídale colaboración a su profesor) En un tubo de ensayo se coloca una pequeña cantidad de muestra y se agrega una solución de NaOH 1M, y se calienta vigorosamente hasta ebullición. El amoniaco formado se detecta por el olor y por papel pH que presentan los vapores que salen sobre la boca del tubo de ensayo.

R C N + 2H2ONaOH, Calor

R COOH + NH3

Detección de dobles enlaces Prueba de Instauración: En un tubo de ensayo disuelva alrededor de 50 mg de muestra o dos gotas de líquido problema en 1 ml de CCl4, y adicione 2 gotas de una solución al 2 % de Br2 en CCl4 Se debe observar la desaparición del color rojo de la solución de Bromo.

+ Br2

Br

Br

Rojo

Incoloro

Prueba de Baeyer: Se disuelven 25 mg u 2 gotas de muestra en 2 ml de agua o etanol. Lentamente adicione gota a gota una solución de permanganato de potasio. El test es positivo si el color púrpura desaparece, con formación de un precipitado marrón.

+ KMnO4

HO OH

+ MnO2

Violeta Incoloro Precipitado

Detección de aldehídos y cetonas Prueba de 2,4-dinitrofenilhidrazina: Se colocan 6 gotas del compuesto problema en un tubo de ensayo y se adicionan 4 gotas del reactivo de 2,4-dinitrofenilhidrazina (En caso que la muestra sea sólida, disuélvala un poco en metanol). Agite vigorosamente. La prueba es positiva cuando se forma un precipitado color Amarillo, indicando la presencia de un grupo carbonilo. En algunos casos la formación de precipitado requiere de un tiempo apropiado de formación, máximo 15 minutos.

O

R1

R

H2NHN

O2N

NO2 NHN

O2N

NO2

R

R1

+

Para diferenciar si el grupo carbonilo es de una cetona o un aldehído, se puede realizar una de las siguientes pruebas: Prueba de Tollens: En un tubo de ensayo coloque 10 gotas de una solución al 2% de nitrato de plata (AgNO3). Agregue 2 gotas de NaOH al 10% para que se forme un precipitado negro. Disuelva este precipitado con adiciones gota agota de amoniaco concentrado. Añada 3 gotas del compuesto que desea diferenciar y caliente en baño Maria por 3 minutos. Enfríe y observe las paredes del tubo. La presencia de un espejo de plata, indica que el compuesto es un aldehído.

R H

O

+ 2 Ag(NH3)+ + +2OH- R ONH4

O

NH3 H2O Ag (s)+ + Prueba de Fehling: En un tubo de ensayo coloque 1.0 mL de solución de Fehling A y 1.0 mL de solución de Fehling B. Agregue 3 gotas del compuesto a diferenciar y caliente al baño Maria por 5 minutos. Un precipitado rojo indica la presencia de un aldehído

R H

O

+ 2 Cu(CHOHCO2)2 + +5OH-R ONa

OCu2O 3H2O 4CHOHCO2

2-+ +

Alcoholes. Prueba de alcoholes primarios y secundarios (Jones): En un tubos de ensayo coloque 10 gotas de una solución de dicromato de potasio (K2Cr2O7) al 5%, 3 gotas del compuesto problema y 3 gotas de ácido sulfúrico concentrado (H2SO4). Observe el cambio de color y la velocidad de reacción. El alcohol primario reacciona rápidamente, el secundario lo hace lentamente y el terciario no reacciona. Prueba de alcoholes terciarios y secundarios (Lucas): En un tubo de ensayo coloque 15 gotas del compuesto problema, 1 mL de ácido clorhídrico concentrado (HCl) y 0.1 g de cloruro de zinc (ZnCl2). Observe el tiempo de reacción de cada uno de los alcoholes. En 5 minutos o menos, reacciona el alcohol terciario, se enturbia la solución y se forma una capa bien definida. Los alcoholes secundarios reaccionan más lentamente y los primarios no reaccionan. Fenoles Fenoles solubles en agua: En un tubo de ensayo coloque 1 ml de solución de fenol 1-3% y agrege 2-3 gotas de solución acuosa de Cloruro férrico al 2,5%. Se debe observar una fuerte coloración azul-verde. La formación del color azul se debe a la formación de un complejo entre el fenol y el ion de Fe (III) Experimentación: Realice cada una de las pruebas con los reactivos indicados en el laboratorio y anote sus observaciones. En una muestra problema determine los grupos funcionales presentes. Bibliografía: Donald L. Pavia, Introduction to Organic laboratory Techniques, Third edition, pag 435 (1995)

LABORATORIO N°5: EXTRACCIÓN DE EUGENOL A PARTIR DE CLAVO DE OLOR Y ACETILACIÖN DE EUGENOL.

La destilación es una técnica que permite la purificación de un líquido, la remoción de un solvente o la separación de mezclas de líquidos. En la destilación el líquido se calienta en un recipiente adecuado (matraz, balón, etc.) hasta su punto de ebullición y luego se condensan los vapores producto de la ebullición en otro recipiente. Existen variadas modalidades de destilación: La destilación simple se utiliza cuando se desea purificar o eliminar un solvente o cuando hay mezclas de solventes con puntos de ebullición (p.e.) muy diferentes. La destilación fraccionada se utiliza para purificar solventes de una mezcla cuyos p.e. son muy similares La destilación al vacío es la técnica elegida cuando se desea purificar o eliminar un solvente con un p.e. muy elevado o cuando es muy termolábil (se descompone a altas temperaturas). La destilación por arrastre de vapor de agua se utiliza para extraer sustancias orgánicas con un alto p.e. y que forma mezclas inmiscibles con el agua. Se utiliza especialmente para extraer productos naturales como esencias de flores y hojas. Se utiliza ocasionalmente en el laboratorio en lugar de la destilación al vacío. El principio que explica la destilación por arrastre de vapor de agua es que la presión total de vapor de una mezcla de líquidos inmiscibles es igual a la suma de las presiones de vapor de los componentes individuales. La presión de vapor se define como la presión en la cual la fase líquida y gaseosa de una sustancia a una determinada temperatura se encuentra en equilibrio. La presión total de la mezcla se iguala a la presión atmosférica y la mezcla ebulle a una temperatura mucho menor que el punto de ebullición de cualquiera de los componentes de la mezcla. Así, para mezclas inmiscibles se tiene: Ptotal = P°A + P°B donde P°A y P°B son las presiones de vapor de los componentes puros. Note que este comportamiento es diferente a aquel de los líquidos miscibles en que la presión total de la mezcla depende de la composición de la mezcla a una temperatura dada. Ptotal = XAP°A + XBP°B donde P°A y P°B son las presiones de vapor de los componentes puros y XA y XB son las fracciones molares de los componentes de la mezcla. El único inconveniente de esta técnica es que para compuestos con una presión de vapor muy baja se necesitan grandes volúmenes de agua para poder destilarlos. Es por ello que esta técnica es muy útil en el caso de compuestos con una presión de vapor alta como son los aceites esenciales de las plantas. El equipo de destilación por arrastre de vapor no difiere mucho del equipo de destilación simple. Si se tiene un balón pequeño y un producto de presión de vapor baja es conveniente ajustar un embudo de decantación para reponer el agua que se va evaporando.

El aceite de clavo de olor es obtenido a partir de los clavos de olor por destilación por arrastre de vapor de agua, el cual es el método más utilizado para extraer aceites esenciales de sus fuentes naturales. El aceite de clavo de olor contiene principalmente eugenol, un compuesto fenólico que le da el olor característico al clavo de olor, que corresponden a las flores secas del gran árbol perennifolio Eugenia caryophyllata, procedente de la isla de Zanzíbar en África. Otro componente de la esencia de clavo de olor es el cariofileno y otros terpenos. Parte experimental: Poner 10 g de clavos de enteros en un matraz de fondo redondo de 250 mL y agregar 150 mL de agua destilada y calentar hasta recibir unos 100 mL de destilado. Verter el destilado en un embudo de decantación con tapa. Extraer el destilado con dos porciones de 20 mL de diclorometano. Luego, extraer la solución de diclorometano con dos porciones de 50 mL de una solución de KOH al 5%. El eugenol quedará en la fase acuosa (fase superior ya que el agua es menos densa que el diclorometano). La solución acuosa se acidifica con una solución de HCl al 5% (verifique con un papel de pH hasta acidez) y se extrae con dos porciones de 25 mL de diclorometano. La fase orgánica se verte en un matraz de Erlenmeyer y se seca con sulfato de sodio anhidro. Luego se filtra con un papel filtro simple o al vacío sobre un balón previamente tarado. Eliminar el diclorometano calentando el matraz casi hasta sequedad en rotoevaporador. No debe sobrecalentar el matraz para evitar la descomposición del eugenol. Pesar el matraz con el producto y calcular el rendimiento a partir de los 10 g de clavos de olor. Con el eugenol obtenido deberá sintetizar acetato de eugenol Acetilación de eugenol: A una solución de eugenol en piridina, se le agrega el doble de la cantidad estequiométrica de anhidrido acético y se déjà a temperatura ambiente por 24 horas. La reacción se echa sobre hielo molido y se extrae con CH2Cl2 (20 mL por 3 veces)Las fases orgánicas se juntan y se lavan con HCl 3M, NaHCO3 saturado (1 vez con 20 mL de cada uno). La fase orgánica se seca sobre Na2SO4 y se concentra en rotavapor Bibliografía: R.J. Fessenden, J.S. Fessenden, “ Techniques and Experiments for Organic Chemistry”,

Willlard Grant Press, Boston, 3° Edición, 1983, pág. 344-348.

LABORATORIO Nº 6. SUSTITUCIÓN AROMÁTICA ELECTROFÍLICA: SÍNTESIS DE O-NITROACETATO DE

EUGENOL. La reacción más común de los compuestos aromáticos involucra el reemplazo de un Hidrógeno u otro átomo presente en el anillo aromático por otro átomo o grupo. El reactivo puede ser un electrófilo (sustancia que gusta de las cargas negativas) o un nucleófilo (sustancia que gusta de las cargas positivas). En esta experiencia se ilustrará el primer tipo de sustitución. Las reacciones de sustitución electrofílica aromática son clásicas en síntesis orgánica, las más comunes son: halogenación, alquilación, acilación, sulfonación y nitración. El reactivo en cada caso es un electrófilo (E+). El anillo aromático actúa como fuente de electrones hacia el electrófilo. El paso inicial involucra el ataque del electrófilo a los electrones π del anillo, para dar un ión bencenonio, el que es un híbrido de tres formas resonantes. La reacción se completa con la pérdida del protón restaurándose el sistema aromático y dando el producto sustituído

HH

E

E+

+

HE

+

HE

+

E

H++

Nitración aromática: el electrófilo más común en la nitración aromática es el ión nitronio NO2

+. Este puede generarse por protonación del ácido nítrico, seguida por pérdida de una molécula de agua. El protón puede venir de otra molécula de un ácido más fuerte como el ácido sulfúrico. La reacción puede llevarse a cabo de varias maneras dependiendo de la reactividad del sustrato que va a ser nitrado y el grado de nitración que se desee. La nitración más común, se lleva a cabo bajo la conocida mezcla sulfonitrica (HNO3/H2SO4), sin embargo para ciertos anillos aromáticos activados esta reacción procede con muy bajos rendimientos, lo anterior, producto de la presencia de grupos con pares de electrones libres (OH, NH2) que compiten en la reacción de adición del electrofilo (en este caso NO2

+), para solucionar este problema se recurre a los denominados grupos protectores, los cuales bloquean a los grupos con dichos pares libres, evitando la competencia con el electrófilo, no obstante, se tiene el inconveniente de desactivar el anillo disminuyendo el rendimiento de la reacción y aumentando las etapas de la síntesis. En el caso de la nitración, hemos, modificado y optimizado reacciones sobre anillos aromáticos en fase heterogénea con silica activada, utilizando sales que generan in situ el electrofilo y al mismo tiempo bloquean a los grupos activantes, aumentando el rendimiento y evitando tediosos métodos de purificación. Esto ha permitido obtener nuevos productos naturales modificados con actividad antioxidante y anticancerigena1.

HO

N+

O-

O

H+ H

O+

N+

O-

O

H

O N+

O H2O+

O

CH3

OHCH2

HNO3/H2SO4

OH

OCH3

CH2

NO2

OCH3

AcOCH2

HNO3/H2SO4

AcO

OCH3

CH2

NO2

OCH3

OHCH2

NaNO3/KHSO4

OH

OCH3

CH2

NO2

Ac2O/Py

DMPACH2Cl2

5%

35%

68%

SiO2/H2O

1Eugenol y sus análogos sintéticos inhiben el crecimiento celular en células de cancer humano. H.Carrasco, C.Gallardo, L.Espinoza, W.Cardona, V.Cardile, A.Russo. J. Braz.Chem., on line marzo 13 2008

CROMATOGRAFÍA La cromatografía es una técnica de análisis químico utilizada para separar sustancias puras de mezclas complejas. Esta técnica depende del principio de adsorción selectiva (interacción física). La cromatografía fue descubierta por Mikhail Tswett en 1906, cuando separó los pigmentos de las plantas (clorofila) vertiendo extracto de hojas verdes en éter de petróleo sobre una columna de carbonato de calcio en polvo en el interior de una probeta. A medida que la solución va filtrándose por la columna, cada componente de la mezcla se desplaza a diferente velocidad, quedando la columna marcada por bandas horizontales de colores, denominadas cromatogramas. Cada banda corresponde a un pigmento diferente. La cromatografía es probablemente la más versátil de las técnicas de separación: es aplicable a cualquier mezcla soluble o volátil. De hecho las técnicas de separación suelen dividirse en dos grandes grupos: cromatográficas y no cromatográficas. La elección de una técnica cromatográfica concreta dependerá de la naturaleza y cantidad de la muestra, del objetivo de la separación y de las limitaciones del tiempo y equipo asequible. Todas las técnicas cromatográficas dependen de la distribución de los componentes de la mezcla entre dos fases inmiscibles: una fase móvil, llamada también activa, que transporta las sustancias que se separan y que se desplaza en relación con la otra, denominada fase estacionaria. La fase móvil puede ser un líquido o un gas y la estacionaria puede ser un

sólido o un líquido. Las combinaciones de estos componentes dan lugar a los distintos tipos de técnicas cromatográficas que aparecen en la siguiente tabla:

Las técnicas cromatográficas, según el dispositivo utilizado para conseguir la separación entre la fase móvil y la estacionaria, pueden ser: en columna y plana.

Cromatografía en columna: Se utiliza un tubo cilíndrico, en cuyo interior se coloca la fase estacionaria y a su través se hace pasar la fase móvil. El flujo de la fase móvil (líquido o gas) a través de la estacionaria se consigue: 1) por presión, 2) por capilaridad o 3) por gravedad.

Cromatografía plana: La fase estacionaria esta colocada en una superficie plana que en realidad es tridimensional, aunque una de sus dimensiones es muy reducida, por lo que puede considerarse bidimensional. Se divide en dos tipos generales:

1- Cromatografía en papel: en la que el papel absorbente actúa como soporte de la fase estacionaria (cromatografía de partición). Una muestra líquida fluye por una tira vertical de papel absorbente, sobre la cual se van depositando los componentes en lugares específicos. 2- Cromatografía en capa fina: en la que un sólido actúa como fase estacionaria (cromatografía de partición), se extiende en una capa delgada sobre una placa, generalmente de vidrio, aluminio o plástico. El uso de la cromatografía está ampliamente extendido en el análisis de alimentos, medicinas, sangre, productos petrolíferos y de fisión radiactiva. Una de las técnicas de laboratorio más utilizada para separar cada uno de los componentes de una mezcla homogénea es la cromatografía de adsorción

Dentro de esta técnica pueden diferenciarse dos tipos de cromatografías de adsorción denominadas cromatografía de columna y de capa fina (abreviada TLC, del inglés Thin Layer Chromatography).

Cromatografía en capa fina (TLC)

Es un método analítico cualitativo, basado en los mismos principios de adsorción sólido-líquido que la cromatografía en columna, y que permite en forma rápida visualizar la composición de una mezcla en solución, además de verificar la pureza de un compuesto. La fase estacionaria está adherida como una capa fina a una lámina metálica, de plástico o de vidrio que puede ser cortada en tiras a lo largo y ancho adecuado a la cantidad de muestras a analizar

La elección del eluyente (fase móvil) se basa en las mismas características que para la cromatografía en columna (CC). Se requiere una cantidad mínima de muestra (hasta 10-9g)

Las fuerzas que actúan en un cromatograma y que permiten su desarrollo son:

VELOCIDAD DE FLUJO DEL SOLVENTE: Cada solvente se mueve a una determinada velocidad. Sobre la fase estacionaria, lo cual contribuye a efectuar la separación.

EL EFECTO DE ADSORCIÓN: Cada compuesto de la mezcla de soluto, por ser diferentes, se adsorbe con distinta fuerza, por ello se mueve sobre la fase estacionaria, a distinta velocidad.

LA SOLUBILIDAD DEL SOLUTO EN EL SOLVENTE: Cada soluto de la mezcla generalmente tiene también una distinta solubilidad en el solvente lo cual contribuye a una mejor separación.

EFECTO DE PARTICION O FRAGMENTACION: Las distintas propiedades fisicoquímicas de los solutos de la mezcla, implican que esta se fragmente y con los factores anteriores se logra la separación.

La separación de las mezclas es afectada por la afinidad de los componentes por la fase estacionaria y la fase móvil.

Los responsables de esta afinidad son los fenómenos fisicoquímicos como; adsorción, el intercambio iónico o la disociación en un disolvente estacionario.

Los productos a examinar se disolverán, de ser posible, en un disolvente orgánico no polar

con punto de ebullición muy bajo para que se evapore después de la aplicación. Si se

necesitan disolventes polares; la mezcla cloroformo:metanol (1:1) es efectiva.

Frecuentemente se emplean disoluciones al 1%, de manera que al aplicar 2 µl resulta en la

carga 20 µg de producto sólido. Muchos reactivos de revelado llegan a detectar 0.1 µg de

material; por esto con esta carga puede llegarse a observar un 5% de impurezas.

La siembra de la muestra puede hacerse con micropipetas y microjeringuillas o bien con

tubos capilares. El punto de aplicación de la muestra se denomina toque. Una vez colocado

el toque se deja secar para evaporar el disolvente, de forma que en la placa solo quedará la

muestra a analizar.

La elección del eluyente se realiza de forma empírica. Hay que estudiar la polaridad del

componente y probar con eluyentes cada vez, de menos polar a más polar.

a) Toque de la muestra sin aplicar ningún eluyente.

b) Aplicando un eluyente poco polar.

c) Aplicando un eluyente más polar.

El desarrollo de los cromatogramas en capa fina se realiza normalmente por el método

ascendente, esto es, al permitir que un eluyente ascienda por una placa casi en vertical, por

la acción de la capilaridad. La cromatografía se realiza en una cubeta. Generalmente el

eluyente se introduce en la cámara unos minutos antes del desarrollo, para permitir la

saturación de la atmósfera de la cámara. El tiempo de desarrollo, por lo general, no llega a

los 30 minutos. El tiempo de una cromatografía cualitativa suele ser de un par de minutos,

mientras que el tiempo de una cromatografía preparativa puede llegar a un par de horas.

Las placas pueden desarrollarse durante un tiempo prefijado, o hasta que se alcance una

línea dibujada a una distancia fija desde el origen. Esto se hace para estandarizar los valores

de RF. Frecuentemente esta distancia es de 10 cm.; parece ser la más conveniente para

medir valores de RF. Después del desarrollo, las placas pueden secarse rápidamente con

una corriente de aire caliente.

La mejor posición de desarrollo para un componente es el punto medio entre el origen y el

frente del eluyente, ya que permite separar las impurezas que se desplazan con mayor y

menor velocidad. El frente del eluyente nunca debe llegar a tocar el borde de la placa.

Si la placa se estropea por acción del aire o de la luz, se secará en una cámara que contenga

un gas inerte y aislado de la luz.

Si los compuestos separados no son coloreados es necesario revelar la posición de dichos

compuestos, para ello existen dos tipos de métodos:

• Métodos químicos (Utilizando un reactivo específico).

• Métodos físicos. (Utilizando un indicador fluorescente en la capa)

Constantes Rf Y Rx

La constante RF (Ratio of Front) es simplemente una manera de expresar la posición de un

compuesto sobre una placa como una fracción decimal, mide la retención de un

componente. Se define como:

La distancia recorrida por el compuesto se mide generalmente desde el centro de la

mancha, los cálculos se simplifican si el denominador es 10. Para que los RF sean

reproducibles deben ser fijadas una serie de condiciones (Espesor de la placa, fase móvil,

fase estacionaria, cantidad de muestra). El máximo valor de RF que se puede alcanzar es de

1, lo ideal es un RF entre 0.65 y 0.7.

Para averiguar si dos compuestos son iguales, se colocan ambos sobre la misma placa y se

desarrolla con varios eluyentes. Una vez desarrollados se calculan los RF y si son distintos,

puede deducirse con toda seguridad que no se trataba del mismo compuesto. Por el

contrario si los RF son iguales los compuestos pueden ser iguales o no serlo.

Si se sospecha que dos compuestos son muy parecidos se eluyen sobre la misma placa con

el mismo eluyente u otros de menor polaridad, hasta apreciar una separación mínima. En

este caso no se pueden usar reveladores químicos, ya que alterarían los compuestos, sino

indIcador ultravioleta.

También se puede operar de la manera siguiente: Se selecciona un compuesto (X), que

tenga una posición de desarrollo conveniente; todos los demás compuestos sobre la placa se

relacionan con éste. De esta manera se tiene el , RX , ya que:

En este laboratorio se realizará la nitración del acetato de eugenol, un alilmetoxiacetofenol, o de algún otro compuesto fenólico, que posea grupos activantes, competidores por el electrófilo. Por lo anterior la reacción se llevará a cabo en presencia de nitrato de sodio (NaNO3), sulfato ácido de potasio (KHSO4), silica gel activada (50% m/m con H2O) y diclorometano (CH2Cl2) como solvente, evitando así los inconvenientes antes mencionados. Procedimiento Experimental .

Este laboratorio se debe efectuar con el acetato de eugenol obtenido en el laboratorio 5. Si Ud. obtuvo menos de 300 mg de eugenol debe hacer los cálculos para la cantidad obtenida Parte experimental: Se disuelven 300 mg de acetato de eugenol en diclorometano, en un matraz de 100mL. Debe estar con agitación suave, en hielo sobre un mortero. Se empieza a agregar gota a gota la solución de ácido( HNO3/H2SO4 )hasta completar 1.5 mL. Se deja agitando durante 30 minutos. OJO con el hielo, se debe ir renovando y sacando el agua formada. Posteriormente, y con mucho cuidado se le agregan 20 ml de agua destilada para inhibir el efecto del ácido. Se extrae con diclorometano. La fase orgánica se lava con una solución al 5% de NaHCO3. La fase orgánica se seca con Na2SO4. Se pone al rotavapor y se concentra. Hacer cromatografía en placa para ver el resultado de la nitración. Para obtener el compuesto puro se cromatografía en columna , eluyendo con una mezcla de hexano-acetato de etilo 3:1 Posteriormente se compara vía TLC con productos patrones (acetato de eugenol y acetato de nitroeugenol) . Preparación de la mezcla nitrante: Se prepara mezclando 25 ml de HNO3 y 41 ml de H2SO4 en un matraz erlenmayer de 100 mL sobre un baño de agua, y se deja por 24 horas)

LABORATORIO N° 7: SÍNTESIS DE CLORURO DE TER-BUTILO El grupo –OH de los alcoholes es un grupo saliente pobre y no sufre un desplazamiento directo por un nucleófilo. Así, los alcoholes son inertes a nucleófilos tales como Br- o Cl- si las condiciones de reacción son neutras o alcalinas. En una solución fuertemente ácida, sin embargo, la sustitución puede ocurrir. La razón es que, en soluciones ácidas, el grupo –OH puede ser protonado y salir como agua que es un buen grupo saliente. Un alcohol terciario, como el terc-butanol, sufre un mecanismo de SN1 (vía carbocatión) cuando es sometido a una sustitución nucleofílica en presencia de ácido.

Parte experimental: En un embudo de decantación de 250 mL se colocan 25 mL de terc-butanol anhidro ( PM: 74.12 g/mol; d= 0.79 g/ml) y 65 mL de ácido clorhídrico concentrado. La mezcla se agita suavemente al principio y más enérgica después, durante 20 min. Después de las primeras agitaciones se debe aflojar la llave del embudo para aminorar la presión interna. Se deja reposar la mezcla durante unos minutos para que se separen las fases. Se descarta la fase acuosa (fase inferior) y la fase orgánica se lava con 20 mL de una solución de bicarbonato de sodio al 5% y después con 20 mL de agua. Se vierte sobre un matraz Erlenmeyer y se seca la fase orgánica con cloruro de calcio anhidro. Se filtra a través de papel filtro plegado a un balón de destilación, se agregan 1-2 piedras de ebullición y se destila en un aparato de destilación simple. Se recoge la fracción que destila entre 49-51°C en un matraz Erlenmeyer previamente tarado. Pese el matraz que contiene el cloruro de terc-butilo ( PM; 92.57 g/mol; d= 0.84 g/mL) y determine el rendimiento de la reacción.

CH3

CH3

CH3

OH + H+

¨

¨¨

¨̈

CH3

CH3

CH3

OH2

¨

¨

+rápido

CH3

CH3

CH3

OH2

+CH3

CH3

CH3

¨+lento + H2O

CH3

CH3

CH3

+ + Cl: :- rápido

CH3

CH3

CH3

Cl

terc-butanol

2-cloro-2-metilpropano ( cloruro de terc-butilo)

1° etapa: protonación

2° etapa: ionización

3° etapa: ataque nucleofílico