UAQ Ingeniería en Nanotecnología

UAQ Ingeniería en Nanotecnología

Laboratorio de QUIMICA ORGÁNICA II

PRÁCTICA 1 OXIDACIÓN DE n- BUTANOL OBTENCIÓN DE n- BUTIRALDEHÍDO

OBJETIVOS.

Ejemplificar el método para obtener aldehídos alifáticos mediante la oxidación de alcoholes.

Formar un derivado sencillo del aldehído obtenido para caracterizarlo.

GUÍA DE ESTUDIO.

a) Métodos de obtención de aldehídos y cetonas. b) ¿Cómo se obtiene el butiraldehído industrialmente; para qué se usa; que

importanciaseconómica tiene este aldehído? c) Diferentes oxidantes, ventajas y desventajas de cada uno de ellos. d) ¿Qué tipo de aldehídos se pueden obtener por el método de oxidación directa? e) Reacciones de identificación de aldehídos.

REACCIÓN. Oxídación del n-butanol

Prueba para identificar Butiraldehído

MATERIAL.

Equipo de laboratorio

Equipo de destilación (Kit de Química) Termómetro Embudo de separación Anillo Agitador magnético Espátula Tubo de ensaye Parrilla de calentamiento con agitación Pipeta de 10 ml 2 Vasos de precipitados de 100ml Recipiente pequeño para baño maría Pedacería de vidrio Pipeta de 5 ml Vidrio de reloj 3 Soportes universales Vial de vidrio con tapa de rosca Pro-pipeta Probeta de 50 ml 3 Pinzas con nuez

SUSTANCIAS.

Reactivo Cantidad

n-Butanol 1.6ml Bicromato de potasio 1.2 g Ácido sulfúrico 1 ml Aceite mineral Hielo Sosa cáustica comercial Sulfato de sodio anhidro Agua destilada 2,4-dinitro fenilhidrazina en etanol

MECANISMO DE REACCIÓN

PROCEDIMIENTO

PRÁCTICA 2 REACCIÓN DE ESTERIFICACIÓN ESTERIFICACIÓN DE ÁCIDOS CARBOXÍLICOS

OBTENCIÓN DE ÁCIDO ACETILSALICÍLICO

OBJETIVOS.

Efectuar la síntesis de un derivado de un ácido carboxílico como lo es un éster.

Sintetizar ácido acetilsalicílico por un proceso de química verde.

GUÌA DE ESTÙDIO

a) Reacciones de los fenoles. b) Acilación de fenoles. c) Acidez de los fenoles. d) Formación de ésteres a partir de fenoles. e) Reacciones de fenoles con anhídridos de ácidos carboxílicos. f) Propiedades físicas, químicas y toxicidad de reactivos y productos. g) Obtención de aspirina. h) Efectos del ácido acetil salicílico en el organismo.

REACCIÓN.

MATERIAL.

Equipo de laboratorio

Vaso de precipitados de 100 mL Vidrio de reloj Matraz kitazato con manguera Espátula de acero inoxidable Embudo büchner con alargadera Matraz erlenmeyer de 125 mL Agitador de vidrio Recipiente para baño maría Recipiente de peltre Probeta graduada de 25 mL Pinza de tres dedos con nuez Embudo de filtración rápida

SUSTANCIAS.

Reactivo Cantidad

Ácido salicílico 0.56 g Anhídrido acético 1.2 mL Ácido clorhídrico (50%) 10 mL Hidróxido de sodio 1g Hidróxido de potasio 1g Carbonato de sodio 1g

INFORMACIÓN. El ácido acetilsalicílico es un fármaco maravilloso por excelencia. Seutiliza ampliamente como analgésico (para disminuir el dolor) y como antipirético (para bajar la fiebre). También reduce la inflamación y aún es capaz de prevenir ataques cardiacos. No obstante que paraalgunas personas presenta pocos efectos laterales, se le considera lo bastante segura para ser vendida sin prescripción médica. Debido aque es fácil de preparar, la aspirina es uno de los fármacos disponibles menos costosos. Es producida en grandes cantidades. De hecho la industria farmoquímica produce cerca de 200 toneladasde este farmoquímico cada año. El objetivo de la química verde es desarrollar tecnologías químicas benignas al medio ambiente, utilizando en forma eficiente las materias primas (de preferencia renovables), eliminando lageneración de desechos y evitando el uso de reactivos y disolventestóxicos y/o peligrosos en la manufactura y aplicación de productosquímicos.

PROCEDIMIENTO. En un vaso de precipitados de 100 mL coloque 0.56 g de ácido salicílico y 1.2 mL de anhídrido acético. Con una varilla de vidrio mezcle bien los dos reactivos. Una vez que se obtenga una mezcla homogénea, adicionar 4 lentejas deNaOH (o bien 4 lentejas de KOHó 2.4 g de carbonato de sodio) previamente molidas y agitarnuevamente la mezcla con la varilla de vidrio por 10 minutos. Adicionar lentamente 6 mL de agua destilada y posteriormente una disolución de ácido clorhídrico al 50% hasta que el pH de la disoluciónsea de 3. La mezcla se deja enfriar en un baño de hielo. El producto crudo se aísla por medio de una filtración al vacío. Los cristales del ácido acetilsalicílico se pueden bajar con agua fría (Nota 1). Purifique el producto crudo por medio de una recristalización con 9 mLde una mezcla de hexano/acetato de etilo (40:60). Aísle los cristales por medio de una filtración al vacío. Mida la masa y el punto de fusión del producto obtenido y calcule el rendimiento de la reacción.

NOTAS:

1) Es importante que el agua esté bien fría y que sea poca la cantidad que se utilice,

ya que el ácido acetilsalicílico es ligeramente soluble en agua. CUESTIONARIO.

1) Escriba la ecuación química de la reacción efectuada y proponga un

mecanismo de reacción. 2) ¿Para qué se utiliza la base en la reacción? 3) ¿Para qué se utiliza el anhídrido acético? 4) ¿Se podría utilizar cloruro de acetilo en lugar del anhídrido acético? 5) Asigne las bandas principales presentes en los espectros de IR a los grupos

funcionales de reactivos y productos.

OBTENCIÓN DE CLORURO ÁCIDO ACETILSALICÍLICO

BIBLIOGRAFÍA. 1) Curzons, A. D., Constable, D. J. C., Mortimer, D. N., Cunningham, V. L., Green Chemistry 3, 1-6, 2001. 2) Handel-Vega, E., Loupy, A. P. D., Collazo, J. M., Pat. WO1998IB02083 19981218. 3) Zhong, G.-Q., HechengHuaxue11, 160-162, 2003.

0.56 g de ácido salicílico

+

1.2 mL de anhídrido acético

Mezclar

Agregar NaOH, KOH

ó carbonato de sodio

1. Agitar 10 min 2. Acidular con HClal 50% 3. Filtrar al vacío

Sólido Líquido

Ácido

Acetilsalicílico

Anhídrido Acético, NaCl,

D1 4. Lavar con agua helada 5. Filtrar al vacío 6. Determinar rendimiento.

D1: Neutralizar con una base y

desechar por drenaje.

PRÁCTICA 3 NITRACIÓN

OBTENCIÓN DE o y p - NITROFENOL

OBJETIVOS.

Ilustrar la orientación y reactividad de los anillos bencénicos monosustituidos

en la sustitución electrofílica aromática.

Usar métodos de purificación e identificación para los productos obtenidos.

GUÍA DE ESTUDIO.

a) Sustitución electrofílica aromática. b) Condiciones experimentales necesarios para realizar la nitración. c) Variación de las condiciones experimentales en una nitración y sus

consecuencias. d) Métodos de purificación e identificación de los productos aislados.

REACCIÓN.

MATERIAL.

Equipo de laboratorio

1 kit de destilación completo 2 pipetas de 5 ml 2 mangueras 1 vaso de precipitados de 500ml 2 vasos de precipitado de 100 ml 1vidrio de reloj 1 embudo de vidrio 1 espátula 2 tapón de hule bihoradado para matraz de 250 ml 1 Termómetro 2 matraz erlenmeyer de 250 ml 1 plancha 1 Matraz erlenmeyer de 125ml 2 agitadores de vidrio y magnéticos 1 probeta de 25 ml 1 lata de aluminio 1 perilla 1 vaso de precipitado de 250 ml 1 pipeta de 10ml 2 Filtros 1 Maquina de vacio 1 embudo buchner 1 colector

SUSTANCIAS.

Reactivo Cantidad

Àcido nítrico concentrado 6 mL Fenol 4.5 g Carbón activado 2 g

PROCEDIMIENTO

PRÁCTICA 4 NITRACIÓN OBTENCIÓN DE 2, 4-DINITROCLOROBENCENO

OBJETIVOS.

Efectuar en el laboratorio una reacción de nitración dentro del mecanismo

general de sustitución electrofílica aromática SEA. Obtener un derivado

dinitrado, partiendo de un sustrato aromático con un grupo desactivador, orto y

para orientador.

GUÍA DE ESTUDIO.

a) Sustitución electrofílica aromática.

b) Reacciones, mecanismos y fundamento químico de la técnica.

c) Estructura y propiedades de los reactivos involucrados.

d) Purificación por recristalización.

e) Propiedades físicas, químicas y usos de 2,4-dinitroclorobenceno.

REACCIÓN.

MATERIAL.

Equipo de laboratorio

1 Agitador de vidrio 1 Buchner con adaptador de hule 1 Matraz Erlenmeyer de 250 ml 1 Embudo de filtración rápida. 1 Espátula. 1 Pipeta graduada de 10 ml 1 Matraz Kitazato de 250 ml con manguera. 1 Trampa de humedad. 1 Vaso de precipitado de 250 ml 1 Parrilla con agitación. 1 Probeta de 25 ml 1 Adaptador (tapón de hule con tubo de vidrio) 1 Recipiente de peltre. 1 Barra de agitación magnética. 1 Recipiente para baño María. 1 Manguera de 30 cm. 1 Termómetro de -10 a 400 0C. 1 Matraz Erlenmeyer de 125 ml 2 Pinzas de tres dedos con nuez

SUSTANCIAS.

Reactivo Cantidad

Ácido nítrico concentrado 15.0 ml (21.2 g) Ácido sulfúrico concentrado 15.0 ml (27.6 g) Clorobenceno R.A. 2.7 ml (3.0 g) Etanol 96 o 25.0 ml (20.3 g)

.

PROCEDIMIENTO. Colocar en un matraz Erlenmeyer de 250 ml, 15 ml ácido nítrico concentrado (d = 1.4). Sobre el ácido nítrico, agregar lentamente y agitando cuidadosamente 15 ml de ácido sulfúrico concentrado. Colocar el matraz en un baño María y agregar gota a gota agitando, 3 g de clorobenceno (2.7 ml). Calentar la mezcla en baño maría durante 30 minutos, sin dejar de agitar constantemente (2). Vaciar el contenido del matraz lentamente a un vaso de precipitado de 250 ml, que contenga alrededor de 50 g de hielo picado (3). Agitar la mezcla vigorosamente y filtrar el precipitado al vacío. Lavar el producto en el embudo con 100 ml de agua helada. Cristalizar de etanol (4). Pesar, calcular rendimiento práctico, determinar punto de fusión y cromatoplaca (5) Suspensión: Sílicagel al 35% en cloroformo: metanol, 3:1 Disolvente: Benceno Eluyente: Benceno Revelador: UV, I2 (tenue).

NOTAS:

(1) El 2,4-dinitroclorobenceno es un producto muy irritante pues reacciona con los

grupos amígenos de las proteínas de la piel, por lo cual debe evitarse su

contacto. En caso de sentir irritación en alguna parte de la piel, lavar con agua

y alcohol.

(2) La mezcla de reacción debe ser agitada constantemente con objeto de obtener

el compuesto dinitrado. Si no se hace así se obtiene el compuesto

mononitrado líquido.

(3) Al vaciar la mezcla de reacción sobre hielo picado, debe agitarse

vigorosamente, tratando de obtener partículas lo más pequeñas posibles.

(4) Al hacer la recristalización del producto, se debe agitar y raspar las paredes

del vaso, colocado dentro del hielo, para favorecer la formación de forma

alotrópicas alfa (p.f. 53.4°C). Las formas beta y gamma funden a 43° y 27°C

respectivamente y en caso de no efectuar correctamente la recristalización,

son contaminantes del compuesto alfa.

(5) El producto deberá guardarse en un lugar fresco, ya que el calor del ambiente,

será suficiente para fundirlo.

BIBLIOGRAFÍA

1) G. K. Helmkamp & H. W. Johnson Jr, Selectes Experiments in Organic

Chemistry,Freeman & Co. Editorial London, !964. pp. 107

2) R. T. Morrison y R. N. Boyd., Química Orgánica 3a Edición, Fondo

EducativoInteramericano, S. A. México (1976).

3) The Merck Index, 8th Edition, Merck & Co. Inc. Rahway N. J. U.S.A.,1968, página 242

SÍNTESIS DE 2,4-DINITROCLOROBENCENO

PRÁCTICA 5 POLIMERIZACIÓN PREPARACIÓN DE POLIMETACRILATO DE METILO

OBJETIVOS.

1. Obtener un sólido termoplástico transparente empleando peróxido de benzoilo

como catalizador.

2. Observar la influencia de un iniciador y un inhibidor en la polimerización.

3. Observar la influencia de factores experimentales en la obtención de un

polímero.

REACCIÒN

MATERIAL.

Equipo de laboratorio

Pinzas para tubo de ensaye Recipiente de peltre Probeta graduada de 25 ml Agitador de vidrio Pipeta de 5 ml Plancha Tubos de ensayo Tapón de corcho Termómetro Agitador magnético 2 Matraces erlenmeyer de 50 ml Recipiente para baño maría 1 embudo de tallo corto Espátula Pinzas de tres dedos con nuez Resistencia eléctrica

REACTIVOS.

Reactivo Cantidad

Metacrilato de metilo 25 ml Peróxido de benzoilo 0.12 g Hidróxido de sodio 5 g Hidroquinona 0.1 g Cloroformo 0.5 ml

PROCEDIMIENTO

Colocar 25 ml de metacrilato de metilo en un matraz erlenmeyer.

Agregar 10 lentejas de hidróxido de sodio, tapar el matraz con el tapón de corcho y

agitar durante 10 min. (las lentejas toman un color azul o amarillento).

Se filtra el contenido.

Se coloca en otro matraz erlenmeyer de 50 ml y se le agrega 0.12 gramos de peróxido

de benzoilo.

Se tapa el matraz con un corcho y se lleva a baño maría. (observar hasta que la

solución este un poco viscosa, cuando llegue a este punto, retírelo del baño maría )

Colóquelo en el recipiente del que quiera tener la forma y agréguele el adorno

deseado.

Continúe el calentamiento a baño maría a 60°, hasta que solidifique el producto.

NOTAS:

(1) El calentamiento debe ser fuerte (2) Es necesario verificar el calentamiento: si se observa la formación de espuma

dentro del tubo este debe colocarse inmediatamente en baño de hielo. (3) Para retirar el polímero del tubo es necesario romper el tubo de ensayo.

PRÁCTICA 6 REACCIÓN DE ALQUILACIÓN ALQUILACIÓN DE FRIEDEL Y CRAFTS OBTENCIÓN DE p-TERBUTILFENOL

OBJETIVOS.

Efectuar una reacción de alquilación de Friedel y Crafts, preparando el derivado halogenado necesario para la reacción.

Obtención de p-terbutilfenol mediante la alquilación de Friedel y Crafts.

GUÍA DE ESTUDIO.

e) El alumno deberá conocer las condiciones de la reacción.

f) Efecto de los sustituyentes sobre el anillo aromático. g) Mecanismo de la reacción. h) Limitaciones de las reacciones de alquilación. i) Análisis de la técnica.

j) Propiedades químicas, físicas y toxicológicas de los reactivos y productos.

REACCIÓN.

MATERIAL.

Equipo de laboratorio

1 Embudo de separación con tapón esmerilado 1 Probeta graduada de 25 mL 2 Pinzas de tres dedos con nuez 1 Embudo Buchner con adaptador de hule 1 Trampa de humedad con tapón de hule 1 Manguera para conexión 1 Espátula 1 Vidrio de reloj 2 Matraces Erlenmeyer de 250 mL 1 Embudo de filtración rápida 1 Agitador de vidrio 1 Parrilla con agitación 1 Tubo doblado en “U” 1 Recipiente para baño María 1 Vaso de precipitado de 250 mL 1 Barra de agitación magnética 2 Tapones monohoradados del No. 6 1 Recipiente de peltre 1 Matraz Kitazato de 250 mL con manguera 2 Matraces Erlenmeyer de 125 mL

SUSTANCIAS.

Reactivo Cantidad

Terbutanol 12 ml Éter etílico 10 ml Ácido clorhídrico concentrado 50 ml Metanol 15 ml Cloruro de calcio anhidro 10.0 g Hidróxido de sodio 10.0 g Sulfato de sodio anhidro 30 g Fenol 2.3 g Cloruro de aluminio anhidro 0.25 g Éter de petróleo 20 ml

INFORMACIÓN. La reacción de Friedel y Crafts es el método más importante para unir cadenas laterales alquílicas con anillos aromáticos. Esta consiste en poner a reaccionar un compuesto aromático, generalmente un derivado de benceno, y un halogenuro de alquilo, en presencia de un catalizador usualmente cloruro de aluminio, aunque se puede utilizar una serie de ácidos de Lewis particularmente: BF3, HF y ácido polifosfórico. La reacción se lleva a cabo por la simple mezcla de los tres componentes. Los problemas que surgen se relacionan con la necesidad de moderar la reacción por refrigeración y atrapar el halogenuro de ácido gaseoso. Además que se presentan otros problemas como son: la transposición del halogenuro de alquilo, dando lugar a mezcla de productos. Así también existe el problema de la polisustitución del producto final.

PROCEDIMIENTO.

a) Preparación de cloruro de terbutilo. En un matraz Erlenmeyer de 125 ml, mezcle 12 ml de terbutanol con 36 ml de ácido clorhídrico concentrado (1), agregue 4 g de cloruro de calcio y agite durante 20 minutos. Transfiera a un embudo de separación y deje reposar hasta que la reacción se separe en dos fases. Separe la fase acuosa y lave el cloruro de terbutilo 2 veces con 5 ml de agua cada vez.

Transfiera el cloruro de terbutilo a un matraz y seque con cloruro de calcio anhidro (2), decante el producto a una probeta seca y calcule el rendimiento.

b) Obtención de p-terbutilfenol.

Monte un aparato como el que se muestra a continuación (servirá para neutralizar el gas HCl):

En el matraz Erlenmeyer de 125 ml (seco) mezcle 2.3 g de fenol con 3.3 ml de cloruro de terbutilo y agite hasta la disolución del fenol. Sumerja el matraz en un baño de hielo y agregue en pequeñas porciones 0.25 g de cloruro de aluminio anhidro (3,4). Agite el matraz, para iniciar la reacción se calienta en un baño de agua (40-45 oC), observándose un desprendimiento de HCl gaseoso; iniciada la reacción se controla enfriando, cuidando de que ésta sea moderada, se completa cuando solidifica y cesa la formación de HCl, esto sucede en 30 minutos. Después, el sólido formado se le agrega 25 ml de agua fría y se pulveriza. Filtre al vacío y seque durante 5 minutos, transfiera a un vaso de precipitados y recristalice de éter de petróleo. Determine el punto de fusión y calcule el rendimiento.

NOTAS:

(1) Agregue el ácido clorhídrico despacio y con precaución.

(2) Es conveniente mantener el cloruro de terbutilo en el vaso con cloruro de calcio hasta el momento en que se utiliza en la siguiente reacción.

(3) Las adiciones de cloruro de aluminio se deberán efectuar con precaución para evitar que la reacción sea violenta. Tenga a la mano un baño de hielo.

(4) Después de agregar el cloruro de aluminio se deben de lavar las manos con abundante agua, pues en la presencia de la reacción se desprenden vapores de ácido clorhídrico.

CUESTIONARIO.

1. ¿Por qué se obtiene preferentemente el isómero para y muy poco del isómero orto (o-terbutilfenol)?

2. ¿Por qué deben mantenerse condiciones anhidras? 3. ¿Por qué se obtiene sólo un producto? 4. ¿Cómo se tratan los residuos del filtrado? 5. ¿Cómo elimina las trazas de fenol?

BIBLIOGRAFÍA.

Moore, A. J. y Dalrymple, L. D., Experimental Methods in Organic Chemistry,

2a. ed., W. B. Saunders, EU, 1976, pp. 183-187.

The Merck Index, 10a. ed., Editor Strecher P. PGP, Merck, EU.

T. L., Jacobs, Trucer, W. E., y Robertson, G. R., Laboratory Practice of Organic Chemistry, 5a. ed.

OBTENCIÓN DE CLORURO DE TERBUTILO

D1,D3: Checar pH, neutralizar y desechar por el drenaje D2: Si contiene terbutanol, destilar agua y mandar a incineración el residuo. D4: Mandar a incineración

OBTENCIÓN DE CLORURO DE TERBUTILO

D1: La solución puede precipitar como sulfuro ajustando su pH a 7 hasta completar la precipitación. Filtrar el precipitado y desechar por el drenaje.