Guión de prácticas Química Orgánica2016-2017

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PRÁCTICAS DE LABORATORIO DE

QUÍMICA ORGÁNICA

GRADO EN BIOTECNOLOGÍA CURSO 2016-2017

2º Biotecnología: Q. Orgánica Índice

1

Normas de funcionamiento del laboratorio de prácticas……………………………………….....2 Seguridad en el laboratorio………………………………………………………………………………………………3 Material de laboratorio……………………………………………………………………………………………………..6 Cuaderno de laboratorio…………………………………………………………………………………………………….8 Toma de muestras……………………………………………………………………………………………………………….9 Montajes de vidrio…………………………………………………………………………………………………………….15 Aislamiento y purificación de productos………………………………………………………………………19 Cálculo del rendimiento de una reacción………………………………………………………………………23 PRÁCTICA 1: Estructura de los compuestos orgánicos. Uso de modelos moleculares ……………………………….……………………………………………………………………………………..26 PRÁCTICA 2: Recristalización……………………………………………………………………………………..31 PRÁCTICA 3: Destilación del vino……………………………………………….................................36 PRÁCTICA 4: Extracción líquido-líquido.......................................................................39 PRÁCTICA 5: Cromatografía en capa fina...................................................................45 PRÁCTICA 6: Síntesis de la aspirina…………………….......................................................51 PRÁCTICA 7: Síntesis del borneol por reducción del alcanfor...............................55 PRÁCTICA 8: Síntesis de cloruro de terc-butilo ………………..…………………………………59

ÍNDICE

2º Biotecnología: Q. Orgánica Normas específicas del laboratorio

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Las prácticas correspondientes a la asignatura de Química Orgánica constan de 7 sesiones de dos horas de duración cada una. La asistencia a todas las sesiones es obligatoria.

Cada alumno deberá llevar obligatoriamente y desde el primer día de prácticas

BATA DE LABORATORIO (en buen estado y de manga larga) GAFAS DE SEGURIDAD (aunque se tengan gafas de ver) GUANTES ESPÁTULA DE ALUMINIO (o una cucharilla) TIJERAS CUADERNO DE LABORATORIO

Llevar bata de laboratorio, abrochada y con las mangas bajadas Llevar gafas de seguridad siempre puestas Llevar guantes Las prácticas se realizarán por parejas No se puede comer ni beber dentro del laboratorio No se puede salir del laboratorio sin comunicárselo al profesor No se puede abandonar el puesto Hay que mantener limpio el puesto y las zonas que son de uso común como las balanzas,

vitrinas, fregaderos,… Hay que ser puntual

Evaluación de las prácticas Para evaluar las prácticas se tendrá en cuenta: El trabajo de laboratorio propiamente dicho, para cuya evaluación el profesor tendrá

en cuenta la habilidad del alumno en el laboratorio así como su interés y actitud. El informe de laboratorio: en el que se valorará el orden, claridad, exactitud, rigor y

cantidad de información recogida sobre las experiencias realizadas. El examen de prácticas que se realizará junto con el de teoría.

Como las prácticas son obligatorias: Una falta sin justificar a cualquiera de las prácticas supone suspender las prácticas. Dos faltas, justificadas o no, implicará suspender las prácticas.

Las prácticas se pueden recuperar, siempre y cuando haya sido una falta justificada, si hay sitio en el laboratorio, o se haya avisado al profesor con tiempo del cambio.

NORMAS DE FUNCIONAMIENTO DEL LABORATORIO DE PRÁCTICAS

2º Biotecnología: Q. Orgánica Seguridad en el laboratorio

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Un laboratorio de química es un lugar siempre peligroso (sustancias inflamables, explosivas y tóxicas). Una actitud de vigilancia y atención es imprescindible en todo momento, aunque no se esté haciendo nada. Pensar y actuar de forma segura es parte integral de la educación química. No debe realizarse ningún experimento antes de estar seguro de que se comprende bien lo que se va a hacer, y tras dar respuesta a estas dos preguntas: ¿Qué es lo peor que puede pasar? ¿Cómo lo puedo solucionar? Preguntar a los profesores, en caso de duda, es una buena costumbre. Las siguientes normas son obligatorias para todo el que entre o permanezca en el laboratorio:

1) NO está permitido FUMAR, ni encender ninguna llama ni mechero en el laboratorio. 2) NO conectar aparatos eléctricos sin asegurarse de que no hay peligro de vapores de

disolventes próximos. No colocar jamás productos inflamables cerca de fuentes de calor. Muchas sustancias orgánicas inflamables originan vapores más densos que el aire, capaces de desplazarse distancias considerables por encima de la mesa de laboratorio.

3) Las GAFAS DE PROTECCIÓN son OBLIGATORIAS SIEMPRE, aunque no se haga ningún experimento (una persona cercana podría sufrir un accidente involucrándote a ti también). No usar nunca lentes de contacto (los vapores orgánicos podrían dañarlas; por otro lado, los reactivos cáusticos no pueden ser eliminados del ojo si las lentillas están puestas). Fíjate dónde están situados los baños lavadores de ojos.

4) EVITAR EL CONTACTO FÍSICO CON DISOLVENTES ORGÁNICOS. No respirar vapores de disolvente. (Ver apartado sobre "riesgos asociados a los disolventes")

5) USAR GUANTES PROTECTORES CONSTANTEMENTE. En caso de contacto de productos corrosivos o irritantes con los ojos o la piel, lavar inmediatamente la zona afectada con abundante agua (varios minutos en el caso de los ojos), y avisar urgentemente a algún responsable del laboratorio. Evítese cualquier iniciativa no contrastada previamente con el responsable.

6) NO está permitido introducir alimentos, COMER O CONSUMIR BEBIDAS EN EL LABORATORIO.

7) Todas las OPERACIONES QUÍMICAS que impliquen REACTIVOS O DISOLVENTES TÓXICOS, LACRIMÓGENOS O MALOLIENTES deberán llevarse a cabo EN VITRINA, con el extractor funcionando.

8) LOS DISOLVENTES utilizados NO SE VERTERÁN POR LAS PILAS, sino que se almacenarán en los recipientes dispuestos para tal fin. Los ácidos y bases concentrados se neutralizarán, y la disolución salina resultante se verterá con los grifos abiertos. Los residuos de sodio se destruirán con metanol antes de su vertido. En caso de duda, preguntar a algún responsable cómo proceder.

9) NO AUSENTARSE JAMÁS DEL LABORATORIO SIN AUTORIZACIÓN de un responsable del mismo, y sin dejar a alguien a cargo de los experimentos en curso. Al finalizar la jornada de trabajo, revisar detenidamente y desconectar aparatos y reacciones, así como los grifos de agua. No se pueden dejar reacciones y procesos en marcha durante la noche, salvo autorización y supervisión del responsable del laboratorio.

10) INFORMARSE DEL CONTENIDO DE LOS BOTIQUINES Y DE LA UBICACIÓN DE LOS EXTINTORES Y DUCHAS, Y APRENDER SU MANEJO.

11) La limpieza y el orden, en todo momento, son imprescindibles en el laboratorio. Ayudan, además, a prevenir accidentes.

NORMAS DE SEGURIDAD EN EL LABORATORIO


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Normas específicas en caso de accidente 1) En caso de que ocurra cualquier accidente AVISA, o haz avisar, inmediatamente AL

PROFESOR DE PRÁCTICAS más cercano. 2) Si un producto químico entra en contacto con tus ojos, corre al baño lavador de ojos más

próximo, y lávalos con abundante cantidad de agua. Ten cuidado de no usar demasiada potencia de chorro de agua, para evitar lesiones al ojo. Avisa, o haz avisar, inmediatamente al profesor de prácticas más cercano.

3) Si se declara un incendio, el mejor consejo es apartarse de él y dejar que el profesor de prácticas se encargue de la situación. No te dejes dominar por el pánico, ¡razona!. Si el fuego es pequeño puede apagarse poniendo encima una manta ignífuga. Si el fuego está concentrado en el interior de un matraz o vaso de precipitados, puede ser asfixiado simplemente tapando la boca del matraz/vaso de precipitados con un vidrio de reloj o un vaso más grande. Si estas soluciones no funcionan, o si el fuego es de amplias proporciones hay que recurrir a los extintores de CO2. Nunca uses agua. Siempre avisa, o haz avisar, inmediatamente al profesor de prácticas más cercano.

4) Si tu ropa se incendia no corras (avivarías las llamas). Avanza decididamente hacia la manta ignífuga o ducha más cercana. Envolver la zona en llamas con la manta bastará para zanjar el incidente. Avisa, o haz avisar, inmediatamente al profesor de prácticas más cercano.

5) Si sufres pequeñas quemaduras por haber tocado objetos calientes "refrigera" la zona con abundante agua fría. Acude a un profesor de prácticas, pues en el botiquín hay cremas para estos casos.

6) En caso de quemadura por producto químico, este habrá de ser neutralizado. Si el responsable ha sido un ácido se puede emplear una disolución diluida de bicarbonato sódico; en caso de haber sido una base, se puede usar ácido acético al 2%. Avisa, o haz avisar, inmediatamente al profesor de prácticas más cercano.

7) En caso de corte, lavar la herida con abundante agua. Avisa, o haz avisar, inmediatamente al profesor de prácticas más cercano.

Riesgos asociados a reactivos y disolventes Es esencial recordar que manejar correctamente los reactivos y disolventes es fundamental para evitar los accidentes, y también la contaminación de dichos productos. La contaminación de un reactivo o disolvente provoca errores en los resultados de todos los que lo empleen. Hay que leer cuidadosamente las etiquetas de los envases y cualquier otra información que se suministre. Las etiquetas de disolventes y reactivos contienen una serie de símbolos de peligrosidad, de acuerdo con las normas vigentes en la Unión Europea, que deben tenerse en cuenta para el manejo de la sustancia. T+

MUY TÓXICOS. Las sustancias y preparados que, por inhalación, ingestión o penetración cutánea, en muy pequeña cantidad pueden provocar efectos agudos o crónicos, e incluso la muerte.

T

TÓXICOS. Las sustancias y preparados que, por inhalación, ingestión o penetración cutánea, en muy pequeña cantidad pueden provocar efectos agudos o crónicos, e incluso la muerte.


5

Xn

NOCIVOS. Las sustancias y preparados que, por inhalación, ingestión o penetración cutánea, en muy pequeña cantidad pueden provocar efectos agudos o crónicos, e incluso la muerte.

Xi

IRRITANTES. Las sustancias y preparados no corrosivos que, en contacto breve, prolongado o repetido con la piel o las mucosas, pueden provocar una reacción inflamatoria.

C

CORROSIVOS. Las sustancias y preparados que, en contacto con tejidos vivos, puedan ejercer una acción destructiva de éstos.

F+

EXTREMADAMENTE INFLAMABLES. Las sustancias y preparados líquidos que tengan un punto de ignición extremadamente bajo y un punto de ebullición bajo, y las sustancias y preparados gaseosos que, a temperatura y presión normales, sean inflamables con el aire.

F

FÁCILMENTE INFLAMABLES. Las sustancias y preparados que puedan calentarse e inflamarse en el aire a temperatura ambiente sin aporte de enrgía, o los sólidos que puedan inflamarse fácilmente tras un breve contacto con una fuente de inflamación y que sigan quemándose o consumiéndose una vez retirada dicha fuente, o los líquidos cuyo punto de ignición sea muy bajo, o que, en contacto con agua o con aire húmedo, desprendan gases extremadamente inflamables en cantidades peligrosas.

C

COMBURENTES. Las sustancias y preparados que, en contacto con otras sustancias, en especial con sustancias inflamables, produzcan una reacción fuertemente exotérmica.

E

EXPLOSIVOS. Las sustancias y preparados sólidos, líquidos, pastosos o gelatinosos que, incluso en ausencia de oxígeno del aire, puedan reaccionar de forma exotérmica con rápida formación de gases y que, en determinadas condiciones de ensayo, detonan, deflagran rápidamente o, bajo el efecto del calor, en caso de confinamiento parcial, explotan.

N

PELIGROSOS PARA EL MEDIO MBIENTE. Las sustancias y preparados que presenten o puedan presentar un peligro inmediato o futuro para uno o más componentes del medio ambiente.

Existen otros símbolos que no se incluyen aquí, pero que también son importantes. También se pueden encontrar una serie de frases numeradas que exponen los riesgos específicos del producto (Frases R) y consejos de seguridad, por ejemplo para su almacenaje (Frases S).

2º Biotecnología: Q. Orgánica Material de laboratorio

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Para trabajar en el laboratorio es indispensable conocer y familiarizarse con el nombre y la forma de las distintas piezas que constituyen el material de uso corriente. Este material se relaciona a continuación de manera esquemática:

VASO DE PRECIPITADOS

CABEZA DE DESTILACIÓN CERDITO

ALARGADERA O CODO

ADAPTADOR

TAPÓN

MATERIAL DE LABORATORIO

MATRAZ ERLENMEYER KITASATOEMBUDO

BUCHNEREMBUDO ALEMÁN

REFRIGERANTE REFLUJO TERMÓMETRO PROBETA REFRIGERANTE PIPETA

GRADUADA BURETA

2º Biotecnología: Q. Orgánica Material de laboratorio

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EMBUDO DE DECANTACIÓN

TUBO DE ENSAYO

TROMPA DE AGUA PARA

VACÍO

PIPETEADOR SOPORTE

CRISTALIZADOR GRADILLA FRASCO LAVADOR

ALCOHÓMETRO ESCOBILLA

PLACA DE AGITACIÓN Y

CALEFACCIÓN

CUCHARILLA

TETINA

ARO DE CORCHO

CLIP

CONO

IMÁN

TUBO DE CLORURO CÁLCICO

NUEZ

PINZAS

ESPÁTULA

ARO METÁLICO

2º Biotecnología: Q. Orgánica Cuaderno de laboratorio

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Los investigadores consideran el cuaderno de laboratorio como una de sus herramientas más valiosas. El cuaderno de laboratorio es el lugar donde reflejamos todo lo que hemos ido haciendo en el laboratorio, junto con las anotaciones e incidencias sobre lo que va ocurriendo. Aunque es algo personal, un cuaderno de laboratorio siempre debería reflejar datos suficientes como para que se pueda repetir de modo fiable el proceso experimental descrito en él. El cuaderno de laboratorio sirve para tomar nota inmediata de todas las observaciones experimentales, de forma breve, pero clara y concisa. Por ello debe ser hecho sobre la propia mesa del laboratorio y escrito a la vez que se llevan a cabo los experimentos. No es en absoluto recomendable tomar notas sueltas (que pueden perderse) sobre los experimentos y escribir los detalles posteriormente en el cuaderno. Las anotaciones se deben hacer directamente en el cuaderno, nunca en sucio para pasarlas luego a limpio. No se deben omitir ni los datos cuantitativos ni los cualitativos. Un ejemplo de cómo se puede hacer un cuaderno de laboratorio podría ser el siguiente: Título de la práctica, y fecha de realización. Reacción química que tiene lugar (si la hubiera), ajustada y con los pesos moleculares

de todos los compuestos que intervienen en la misma. También deberían aparecer a modo de esquema el disolvente utilizado, las condiciones de temperatura, catalizador, tipo de atmósfera si es preciso.

Reseña de las cantidades añadidas de cada uno de los productos, junto con su

equivalencia en moles, orden en que se han añadido, así como una breve descripción del material de vidrio utilizado: tamaño y número de bocas del matraz, etc.

Cambios que se producen durante la adición o la reacción, como cambios de color,

aparición o desaparición de precipitados, aparición o desaparición de turbidez, calentamiento espontáneo de la reacción al añadir alguno de los reactivos...

Modo en que se detiene la reacción, por ejemplo enfriando a temperatura ambiente o en baño de hielo, añadiendo algún producto....y qué ocurre cuando paramos: si aparece sólido al enfriar, aparecen varias fases...

Modo de aislamiento del producto: si se filtra para quitar impurezas, o para obtener

nuestro producto sólido, si se extrae con un disolvente determinado, y cuántas veces se repite el proceso, si el disolvente se elimina en el rotavapor…

Modo de purificación, y en qué disolvente o disolventes se hace. Qué comprobaciones de pureza se han hecho. Peso del producto aislado y seco,

cálculo del rendimiento teórico de la reacción, y del rendimiento real. Cualquier otra incidencia, como apagones o cortes de agua... Puede ser interesante hacer un esquema del montaje de vidrio empleado durante la

reacción.

CUADERNO DE LABORATORIO

2º Biotecnología: Q. Orgánica Toma de muestras

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Generalmente, todos los procedimientos químicos comienzan con la necesidad de tomar las cantidades necesarias de reactivos y disolventes, por lo que resulta muy importante saber hacerlo de una forma correcta. A tal fin, debemos distinguir dos situaciones: el reactivo es de uso directo, en cuyo caso simplemente debemos medir la cantidad correspondiente, o bien debemos preparar una disolución del mismo. 1) Reactivos de uso directo 1.1) Reactivos sólidos Este tipo de reactivos se pesan en una balanza. Para ello, se pone sobre la balanza el recipiente sobre el que se va a añadir el producto (no pesar nunca directamente sobre el platillo de la balanza), y se apunta el peso de dicho recipiente vacío, o si la balanza dispone de botón de tara, se pulsa éste. Como recipiente se debe utilizar material de vidrio adecuado (con boca ancha, que permita rascar), o un trozo de papel de folio (no usar papel de filtro, porque al ser rugoso puede perderse producto), que no sobresalga del platillo. A continuación, se añade con una espátula (nunca con la mano) el producto, poco a poco, intentando en todo momento no pasarnos, para no tener que devolver producto al recipiente. 1.2) Reactivos líquidos y disolventes Si se tiene que añadir una masa de un líquido, en general es preferible convertir esa masa en un volumen, a través de la densidad. Si eso no es posible, por carecer de dicho dato, hay que pesar el líquido, como en el caso de los reactivos sólidos, en una balanza. El procedimiento es intentar ajustar lo mejor posible la cantidad pesada a la cantidad teórica, pesando directamente en el matraz de reacción, y una vez hecho esto rehacer todos los cálculos de los demás reactivos y disolventes en función de la cantidad real de líquido. Por ejemplo, debemos añadir 3 g de un líquido del que no disponemos la densidad, y 2 g de un sólido. El procedimiento sería el siguiente: pesamos el líquido, intentando ajustar a 3 g, pero el peso real es 2,9, porque si añadimos una gota más el peso resulta 3,2. Ahora, recalculamos la cantidad de sólido necesaria para reaccionar con 2,9 de líquido, porque esa es la cantidad real de reactivo líquido que hemos añadido. Esa cantidad de sólido resulta ser 1,93 g. El rendimiento teórico de la reacción deberá calcularse en función de las cantidades reales.

Si disponemos de la densidad, una vez pasada la masa a volumen, debemos elegir el sistema de medida, entre pipeta, probeta, bureta o matraz aforado en función de las capacidades disponibles, y de la cantidad de líquido a medir. Las pipetas y las buretas se utilizan para transferir volúmenes de líquidos cuya medida requiere cierta exactitud. Los matraces aforados se emplean para preparar volúmenes determinados de disoluciones de concentración conocida con una cierta exactitud. Para medir el volumen, el nivel del líquido se compara con las marcas de graduación señaladas sobre la pared del instrumento de medida. Dicho nivel se lee en el fondo del menisco que se forma en el líquido. Se obtienen lecturas exactas situando el ojo a la altura del menisco.

TOMA DE MUESTRAS


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Pipeta: Se suele utilizar para medir volúmenes de líquidos inferiores a 10 mL cuya medida requiere cierta exactitud. Siempre se utilizará una propipeta, nunca la boca, para pipetear. Nunca se pone en posición horizontal, ya que el líquido podría ir a la pera o propipeta, lo que podría dañarla. Con el fin de tomar la cantidad justa, y no tener que devolver líquido a la botella, la pipeta se enrasará utilizando el siguiente cálculo:

Por ejemplo, si disponemos de una pipeta de 10 mL para añadir 6,4 mL de líquido, deberemos enrasar la pipeta en 10 – 6,4, es decir, 3,6 mL. Probeta: Los volúmenes transferidos con una probeta son menos exactos que los transferidos con una pipeta. La precisión de las medidas obtenidas con las probetas disminuye a medida que aumenta su capacidad. Nunca se deben preparar disoluciones en ella. Bureta: Se emplea exclusivamente para medir volúmenes en las valoraciones, ya que la llave permite controlar el flujo de líquido. Matraz aforado: Mide volúmenes de gran precisión, pero sólo mide el volumen dado por el aforo. Las disoluciones se deben preparar en el vaso de precipitados y posteriormente se transfiere al matraz aforado.

2) Reactivos preparados Si el reactivo no es de uso directo, o no nos lo dan ya preparado, deberemos prepararlo, para lo cual debemos saber cuáles son las unidades de concentración más comunes, y cómo pasar de una a otra. 2.1) Unidades de concentración más habituales En las definiciones que siguen, las abreviaturas que se escriben tienen el siguiente significado: mp = masa de producto mD = masa de disolvente md = masa de disolución Mp = peso molecular del producto VD = volumen de disolvente Vd = volumen de disolución D = densidad del disolvente d = densidad de la disolución

np = número de moles de producto n = valencia % peso = tanto por ciento en peso % p/v = tanto por ciento en peso/volumen M = molaridad N = normalidad m = molalidad

Enrase = Capacidad de la pipeta – Cantidad que queremos añadir

Enrase correcto Enrase incorrecto


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% Peso (%): Peso del producto entre peso de la disolución, multiplicado por 100. Por ejemplo, una disolución del 30% en peso de un producto significa que de cada 100 g de disolución, 30 son de producto y 70 de disolvente.

Ejemplo: Se quiere preparar 120 g de una disolución de concentración 28% en peso del producto A (M p(peso molecular)) = 34 g/mol) en un disolvente de densidad D = 1,3 g/cm3. La densidad de la disolución obtenida es 1,4 g/cm3. El compuesto A es un ácido diprótico.

mp + mD = 120 g

Resolviendo el sistema de ecuaciones, resulta que mp = 33,6g, y mD = (120-33,6) = 86,4g.

% Peso/Volumen (% p/v): Peso del producto entre volumen de disolvente, multiplicado por 100. Por ejemplo, una disolución del 20% peso/volumen significa que por cada 100 mL de disolvente hay 20 g de producto.

Ejemplo: Se quieren preparar 40 mL de una disolución de concentración 20% en peso/volumen del producto A (Mp = 34 g/mol) en un disolvente de densidad D = 1,3 g/cm3. La densidad de la disolución obtenida es 1,4 g/cm3. El compuesto A es un ácido diprótico.

En estos casos se toma como punto de partida los 40 mL de disolución, igualándolos con los de disolvente, de manera que despejando directamente de la fórmula, resulta que mp es 8 g. El resultado de esta estrategia es que se prepara una cantidad de disolución ligeramente mayor que la estrictamente necesaria. Si se quiere preparar la cantidad exacta, hay que resolver el siguiente sistema de ecuaciones:

mp + VD x D = Vd x d (mp / VD) x 100 = % p/v

En dicho sistema, las únicas incógnitas son mp y VD, que son precisamente los datos que necesitamos. Resolviendo, resulta que mp = 7,46, y VD = 37,3 mL.

Molaridad (M): Moles de producto entre volumen de disolución en litros. Por ejemplo, una disolución 0,5 M de un producto significa que en 1 litro de disolución, hay 0,5 moles de producto.

Ejemplo: Se quieren preparar 50 mL de una disolución de concentración 2 M del producto A (Mp = 34 g/mol) en un disolvente de densidad D = 1,3 g/cm3. La densidad de la disolución obtenida es 1,4 g/cm3. El compuesto A es un ácido diprótico.

100 x m

m(%) peso %

d

p

100 x V

m (%p/v)en peso/volum %

D

p

(L) V

(moles) n(M) Molaridad

d

p

28%100x mm

m

Dp

p


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Aplicando directamente la fórmula para calcular concentraciones molares: y despejando mp, obtenemos mp = 3,4 g. Es decir, para preparar dicha disolución, pesamos 3,4 g de producto A, y añadimos disolvente hasta enrasar a 50 mL.

Normalidad (N): Equivalentes de producto entre volumen de disolución en litros. El equivalente se define como mol de compuesto multiplicado por la valencia. Ésta unidad de concentración se utiliza sobre todo para dar concentraciones de ácidos, en cuyo caso, la valencia es simplemente el número de protones de dicho ácido. En el HCl sería 1, mientras que en el H3PO4, la valencia sería 3. Es decir, que para ácidos con un sólo protón, como el HCl, la normalidad coincide con la molaridad. Por ejemplo, una disolución 0,1 N de HCl sería aquella que contiene 0,1 equivalentes de HCl puro en 1 litro de disolución, y como la valencia de dicho ácido es 1, contendría 0,1 moles de HCl.

Ejemplo: Se quieren preparar 50 mL de una disolución de concentración 2 N del producto A (Mp = 34 g/mol) en un disolvente de densidad D = 1,3 g/cm3. La densidad de la disolución obtenida es 1,4 g/cm3. El compuesto A es un ácido diprótico.

Aplicando directamente la fórmula para calcular concentraciones normales:

, y despejando mp, obtenemos mp = 1,7 g. Es decir, para preparar dicha disolución, pesamos 1,7 g de producto A, y añadimos disolvente hasta enrasar a 50 mL.

Molalidad (m): Moles de producto entre peso de disolvente en Kg. Por ejemplo, una disolución 3 m de un producto, significa que hay 3 moles de producto por cada Kg de disolvente.

Ejemplo: Se quieren preparar 200 mL de una disolución de concentración 3 m del producto A (Mp = 34 g/mol) en un disolvente de densidad D = 1,3 g/cm3. La densidad de la disolución obtenida es 1,4 g/cm3. El compuesto A es un ácido diprótico.

Lo más sencillo es preparar una cantidad de disolución ligeramente superior a la que necesitamos, para lo cual partimos de 200 mL de disolvente. Si lo hacemos así, debemos pasar ese volumen de disolvente a masa, multiplicando por la densidad, con lo que obtenemos 260g del mismo.

Aplicando ahora directamente la fórmula para calcular concentraciones molales:

(L) V

esequivalent(N) Normalidad

d

p

(Kg) m

(moles) n(M) Molalidad

D

p

1000x mL) (enV

M

m

Md

p

p

nx 1000x mL) (enV

M

m

Nd

p

p


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, y despejando mp, obtenemos mp = 26,52g.

Es decir, para preparar dicha disolución, pesamos 26,52g de producto A, y añadimos 200 mL de disolvente.

Un problema que se plantea a la hora de trabajar con las disoluciones es tener una disolución de concentración conocida en una de las unidades y tener que pasar a una unidad distinta. Para ver como se hace esto nos fijamos en la siguiente tabla, en la que todas las masas aparecen en gramos, y todas las densidades en g/cm3:

1000x g) (en m

M

m

mD

p

p


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CONCENTRACIÓN CONOCIDA EN

PASAR A

% p %p/v M N m

%p 1 x100

ρ

p %100p %

D

d

p

ρ

0,1

M

%p

n x

ρ

0,1

M

%p

d

p

1000

p %-100

M

p %

p

% p/v 100 x ρ x 100p/v %

p/v %

D

1

d

D

p

ρ

p/v %ρ x 100

1000 x M

p/v %

n x

ρ

p/v %ρ x 100

1000 x M

p/v %

d

D

p

Dp ρ

10 x

M

p/v %

M d

p

ρ x 10

M x M x100

ρ

M x Mρ x 1000

M x M

D

pd

p

1 M x n pd M Mρ x 1000

1000 x M

x

N

(pasar siempre a molaridad)

d

p

ρ x 10

M x M x100

ρ

M x Mρ x 1000

M x M

D

pd

p

n

N 1 pd M Mρ x 1000

1000 x M

x

m 100 x M x m1000

M x m

p

p

10

ρxM x m D

p d

p

ρ

M x m10001000 x m

n x

ρ

M x m10001000 x m

d

p

1

2º Biotecnología: Q. Orgánica Montajes de vidrio

15

Casi todos los procesos químicos en un laboratorio se realizan empleando diferentes montajes hechos con material de vidrio, por lo que resulta imprescindible saber hacer esos montajes. Aunque existen muchas variantes, los montajes más habituales son los de destilación y de reflujo, y ésos van a ser los utilizados durante estas prácticas.

1) Consideraciones generales Prácticamente siempre, las piezas que forman parte de los montajes se ensamblan a través de conexiones macho y hembra de vidrio esmerilado. Si no se toman precauciones, suele ser habitual que esas piezas se queden agarrotadas, con la consiguiente dificultad a la hora de deshacer el montaje, dificultad que puede llegar incluso a la rotura del material, con el peligro de cortes que ello implica. Por lo tanto, siempre que se proceda a montar un sistema a través de conexiones esmeriladas, se debe poner en las conexiones macho cinta de teflón, o grasa de vacío, de forma que eliminemos dicho problema. La cinta de teflón debe cubrir todo el esmerilado macho, a ser posible con un espesor de una sola capa, de forma que el ajuste entre las piezas siga siendo bueno. Si se aplica grasa, ésta se debe colocar extendida con el dedo en la zona del esmerilado más alejada del extremo de la pieza, de forma que se minimice el contacto entre esa grasa y los posibles disolventes utilizados en la reacción. Una vez acopladas ambas piezas, se deben girar en ambos sentidos para que la grasa termine de distribuirse uniformemente por la unión. En el caso de aplicar grasa, y una vez terminada la reacción, se debe eliminar la grasa de la boca del matraz antes de sacar el líquido, para evitar que el disolvente arrastre la grasa impurificando el producto. Antes de proceder al montaje, se debe introducir el imán en el matraz, para evitar dejarlo caer desde la boca, lo que podría provocar la rotura del vidrio.

2) Sujeción de las piezas Todas las piezas deben quedar perfectamente sujetas para evitar caídas y roturas. Como norma general, una pinza debe sujetar siempre el matraz de reacción o destilación. La sujeción debe ser firme, pero sin apretar demasiado, y deben colocarse los brazos de la pinza de forma que el contacto entre dichos brazos y el vidrio sea completo.

Otra SUJECIÓN CORRECTA SUJECIÓN INCORRECTA SUJECIÓN INCORRECTA

MONTAJES DE VIDRIO


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pinza debe colocarse sujetando o bien el refrigerante de reflujo, o bien el refrigerante de destilación. Las conexiones entre piezas deben asegurarse con los clips de plástico rojo en el caso de boca grande, y amarillo si la boca es pequeña. Estos clips resultan imprescindibles si la pieza a unir no apoya de forma vertical en el montaje.

3) Orden de montaje Como norma, el sistema se debe montar de forma que pueda hacerlo una sola persona, y asegurándonos siempre que las piezas que vamos añadiendo quedan perfectamente sujetas. Un esquema que puede resultar válido es el siguiente. 3.1) Sistema de reflujo

En primer lugar se coloca la placa calefactora junto al soporte y pie metálico, encima si el soporte es una plancha, y entre las patas si es un trípode. A continuación se coloca sobre la placa el baño de agua o aceite, según las necesidades de temperatura de la reacción que se vaya a hacer. Se sujeta el matraz de reacción, con el imán ya metido, con la pinza, y se ajusta la altura de forma que el matraz quede lo más introducido posible en el baño, pero sin tocar el fondo. Una vez ajustada la altura, se sujeta la pinza del matraz al pie, quedando ya en la posición idónea y sin peligro de que se caiga. Ahora, simplemente se introduce el refrigerante de reflujo en la boca del matraz, apoyándolo, y, por último, se sujeta la pinza que va a sujetar el refrigerante de reflujo, procurando dejarla lo más arriba posible, de forma que cuando vayamos a abrir el sistema al acabar la reacción, o

1

2

3

4

5

Entradade agua

Salidade agua

1) Placa calefactora2) Baño de calefacción3) Matraz de reacción4) Refrigerante de reflujo5) Pinzas de sujeción

5


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para echar los reactivos y disolventes, simplemente tengamos que aflojar la pinza del refrigerante, y no moverla a lo largo del soporte. Una vez asegurados de que todo el montaje está firme, se procede a conectar las gomas de refrigeración. La que proviene del grifo se coloca en la toma de agua inferior del refrigerante, y la goma que se conecta arriba se dirige al desagüe. Antes de empezar a calentar, se abre muy lentamente el grifo, hasta que veamos que el refrigerante empieza a llenarse se agua. En ningún caso abrir mucho el grifo, pues aumenta el peligro de inundación si la goma se sale o se rompe. La adición de los productos se puede hacer desde arriba del refrigerante de reflujo si son líquidos, o levantándolo y añadiendo los productos directamente por la boca del matraz si son sólidos. Una vez acabada la reacción, se desconecta la calefacción, se afloja la pinza del refrigerante, se afloja del pie la pinza que soporta el matraz mientras se sujeta la misma, y se sube todo el montaje, de forma que la reacción empiece a enfriarse. Se vuelve a sujetar la pinza del matraz al pie, se levanta el refrigerante, y se sujeta de nuevo. Sólo entonces se cierra el grifo, y se sigue trabajando con la reacción según indique el guión. 3.2) Sistema de destilación

En el caso de un montaje como el del sistema de destilación, en el que no todas las piezas se encuentran sobre una misma vertical, deberemos disponer de dos soportes, y de las pinzas necesarias para asegurar todo el sistema. Empezamos colocando la placa calefactora sobre el soporte, o entre las patas del mismo si es de trípode, y sobre ella el baño de calefacción. A continuación, se sujeta el matraz de destilación con una pinza, introduciéndolo en el baño lo más posible pero sin tocar el fondo, y después se asegura la pinza en el soporte. Sobre la boca del matraz se coloca la cabeza de destilación, y sobre ésta el termómetro de destilación. En algunas ocasiones el termómetro no lleva una conexión esmerilada para introducir en la cabeza de destilación, sino que ésta lleva un tapón roscado con un orificio por el que introducir el termómetro. Si el sistema del que se dispone es de este tipo, se debe

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2

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5

6

78

9

10

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Entrada de agua

Salida de agua 1) Placa calefactora2) Baño de calefacción3) Matraz de destilación 4) Pinza de sujeción5) Cabeza de destilación6) Termómetro de destilación7) Refrigerante de destilación8 ) Pinza de sujeción9) Codo10) Matraz de recogida11) Clips para uniones esmeriladas


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colocar el termómetro antes de colocar la cabeza de destilación sobre el matraz. Se desenrosca el tapón, y se pasa el termómetro por la junta de goma que hay en el extremo de la cabeza de destilación, ajustando la altura del mismo de forma que el bulbo del termómetro quede a la misma altura que el vástago por el que va a pasar el vapor. Se coloca el tapón de nuevo, pero sin roscarlo, y se une la cabeza de destilación al matraz de destilación. Se termina de ajustar la altura del termómetro, y se rosca firmemente el tapón que sujeta el termómetro. Para unir el refrigerante, se coloca primero al lado del primer soporte el segundo, situando una pinza completamente abierta a una altura e inclinación aproximadas. Después se conecta el refrigerante a la cabeza de destilación, y sin soltarlo, se coloca la pinza de forma que el refrigerante apoye sobre ella. Hecho, eso, se fija la posición de la pinza en el soporte, y se cierra hasta aprisionar el refrigerante, con lo cual éste queda perfectamente sujeto y sin riesgo de caída. El codo y el matraz de recogida se unen mediante un clip, y después se une el codo al refrigerante mediante otro clip, de manera que el montaje queda completo. Por último, antes de empezar a calentar, se abre el grifo muy lentamente, hasta que pase una cantidad de agua mínima por el refrigerante. Una vez acabada la destilación, se para la calefacción y se espera a que no se observe condensación de vapor en la entrada del refrigerante de reflujo. Hecho esto, se suelta en primer lugar el clip que une el matraz de recogida al codo, de forma que el destilado, que es lo que nos interesa, quede a salvo de posibles accidentes, y se procede con él según indique el guión. Para desmontar el sistema, empezamos por vaciar el refrigerante de agua, para lo cual soltamos la goma del grifo. Generalmente, con esa operación es suficiente para asegurar el vaciado, pero si no es así, se suelta muy despacio la goma de salida del refrigerante, dejando que entre un poco de aire. Una vez vacío el refrigerante, se sueltan las dos gomas, y se quita el clip que une el codo. Después, se afloja la pinza que une el refrigerante, y se desconecta éste. Por último, se desconecta la cabeza de destilación del matraz de destilación, y una vez separados, se afloja el tapón y se saca el termómetro. Si éste está provisto de macho esmerilado, se saca primero el termómetro, y después la cabeza de destilación. Todo el material se debe fregar y aclarar perfectamente, y se debe dejar secar para el día siguiente.

2º Biotecnología: Q. Orgánica Aislamiento y purificación

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Embudo Buchner

Kitasato

Goma de vacío

Trompa de vacío

Grifo

Toda reacción orgánica termina con el aislamiento del producto de reacción, y en caso necesario, con la purificación del mismo. Por lo tanto, resulta de gran importancia saber proceder en cada caso. Vamos a empezar viendo las técnicas habituales de aislamiento, para después pasar a comentar las de purificación.

1) Aislamiento de productos Lo primero que debemos tener presente para elegir qué método emplear es la forma física del producto que queremos aislar, es decir, si lo tenemos en fase sólida, o como líquido. 1.1) Productos sólidos Cuando el producto a aislar se encuentra como sólido junto a una disolución, el método a seguir es la filtración con un Büchner. Se recorta un filtro de papel de forma que se tapen todos los agujeros del Büchner, pero sin que el papel se suba por las paredes:

Se conecta la goma de vacío a la oliva del kitasato, se abre completamente el grifo, y se añade sobre el papel un poco del disolvente con el que esté mezclado nuestro producto, para que el papel se moje y se pegue al Büchner. Una vez que ha filtrado ese primer líquido, se añade nuestra mezcla de sólido y líquido, previamente agitada. Cuando filtra todo el líquido, lavamos nuestro producto con el disolvente que nos indique el guión de prácticas. Cuando hemos terminado la filtración, es muy importante recordar que siempre se desconecta primero la goma del kitasato, y sólo después de hacerlo se cierra el grifo. Si lo hacemos en el orden contrario, puede entrar agua en el kitasato, lo cual, dependiendo de la composición del filtrado, puede resultar incluso peligroso.

Papel

Correcto Incorrecto

Papel

AISLAMIENTO Y PURIFICACIÓN DE PRODUCTOS


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1.2) Aislamiento de productos líquidos o en disolución Cuando queremos aislar un líquido en el que existe algún tipo de partícula sólida debemos proceder de dos formas distintas. Si es necesario recuperar tanto el sólido como el líquido se utiliza un embudo cónico con

un papel de filtro adecuadamente doblado en cono . Una vez colocado en el interior del embudo, se humedecerá el papel con el líquido de lavado, para que el papel se adhiera totalmente a las paredes.

Si no interesa la recuperación del sólido se utiliza un filtro de pliegues y un embudo

alemán. Este filtro de pliegues NO debe mojarse previamente. Una vez filtrado, se suele emplear un rotavapor para eliminar el disolvente. Consiste en un baño que permite calentar el matraz donde tenemos el producto, y un refrigerante de serpentín por donde se pasa agua, para enfriar los vapores y hacer que condensen. El matraz se mantiene en el rotavapor hasta que no se observa condensación del disolvente sobre el serpentín.


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2) Purificación de productos Una vez obtenido nuestro producto, mediante el método de aislamiento más indicado, generalmente tendremos que purificarlo, para lo cual tres son los métodos más empleados: la destilación, la recristalización y la extracción. Aunque deberemos emplear el método que se indique en el guión para cada producto, un criterio general puede ser el siguiente: si el producto es un líquido, se puede intentar la purificación por destilación. Si por el contrario es un sólido, se suele intentar en primer lugar la recristalización. La extracción es un método interesante si nuestro compuesto y las impurezas que lo acompañan pueden tener solubilidades diferentes en medio acuoso y orgánico. Por ejemplo, si tenemos un ácido, podemos hacer una extracción con un disolvente orgánico y una disolución acuosa con pH básico, de forma que el ácido forma el carboxilato, transformándose en un compuesto iónico cuya solubilidad en agua será mucho mayor que la del ácido inicial. Una vez realizada la extracción, la acidificación del medio acuoso protonará de nuevo el ácido, precipitando, con lo que podremos aislarlo por filtración, según veíamos antes. Con estos criterios generales, vamos a ver en qué consiste cada método. 2.1) Recristalización Si se ha elegido este método de purificación, lo primero que se debe hacer es buscar un buen disolvente de recristalización, siendo éste el que disuelve al compuesto en caliente pero no en frío. Por lo tanto, se toma una punta de espátula del producto, se añade en un tubo de ensayo, y se adiciona alrededor de un dedo de disolvente, y se observa si hay disolución. Si se disuelve, el disolvente no vale, y debemos probar otro. Si no se disuelve, debemos calentar y agitar, hasta la ebullición del disolvente, y observar que ocurre. Si el producto no se disuelve en caliente, el disolvente no vale, y debemos buscar otro. Si por el contrario sí se disuelve, debemos enfriar, incluso metiendo el tubo en hielo, hasta que el compuesto cristalice. Para probar disolventes, se suele empezar probando agua, por ser barato y no tóxico, y si no vale seguir probando disolventes, intentando aquellos que sean baratos y poco tóxicos. Una vez encontrado el disolvente adecuado, se disuelve nuestro producto en la mínima cantidad posible de dicho disolvente, y cuando el disolvente está hirviendo o se observa total disolución se filtra a través de un filtro de pliegues, y el filtrado se enfría. Una vez cristalizado el producto, se filtra en un embudo Büchner para obtener el sólido.

2.2) Extracción Si el método elegido es la extracción, se disuelve nuestro producto en un disolvente, bien acuoso bien orgánico, y se añade esta disolución en el embudo de decantación. A continuación se añade el otro disolvente en el embudo, se tapa con un tapón, y se coloca el embudo con la llave hacia arriba, abriéndola para liberar los gases. Se cierra nuevamente, se agita ligeramente, y vuelve a abrirse para liberar gases. Esta operación se repite un par de veces, tras lo cual se puede agitar fuertemente. Tras cada agitación, conviene abrir la llave con cuidado, para eliminar los gases, y procurando siempre no apuntar a nadie, por si hay proyección de líquido. Una vez terminado el proceso, se coloca el embudo sobre el aro, se quita el tapón, y se dejan separar las fases. El procedimiento a seguir depende de en qué fase se haya quedado el producto que nos interesa, y de si estamos intentando eliminar impurezas de la fase donde teníamos el producto, o de si intentamos sacar nuestro producto de la fase donde estaba inicialmente.


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P Agitación

DecantaciónP

I

VaciadoI0 I1

P I1

Adición de

disolventeI1P

Decantación

AgitaciónI2

I

P

I2P

Vaciado

I0 > I1 > I2 > ..... > In

Esquema para eliminar impurezas mediante extracción

Esquema para separar producto mediante extracción

P0 > P1 > P2 > ..... > Pn

Vaciado

I

IAgitación

DecantaciónP

IAdición de

disolventeI

II Vaciado

PDecantación

AgitaciónP0 P1 P2

P1

P1

P2

Un problema habitual en esta técnica es saber en cada momento qué fase es la orgánica, y cuál la acuosa. La forma más fácil de averiguarlo es añadir una gota de agua cuando las fases están claramente separadas, y ver a qué fase se une. En general, la mayor parte de los disolventes orgánicos utilizados en las extracciones, como éter, acetato de etilo o hexano, tienen menor densidad que el agua, por lo que en principio constituirán las fases superiores. La excepción son los disolventes halogenados, como el cloroformo o el diclorometano, con densidades superiores a la del agua, por lo que en una extracción con estos disolventes la fase orgánica será la inferior. Una vez separadas las fases, el procedimiento a seguir depende de con qué fase nos interese seguir trabajando, pero lo que siempre hay que tener en cuenta es que no conviene tirar nada hasta no haber recuperado nuestro producto. Si la fase que nos interesa es la superior, simplemente vamos retirando la inferior después de cada etapa de agitación y decantación, y añadiendo disolvente nuevo, hasta que consideremos que el proceso de purificación es suficiente. Si por el contrario la fase con la que nos interesa seguir trabajando es la inferior, no queda más remedio que sacar ésta primero, sacar después la fase superior del embudo, y volver a colocar la fase que nos interesa en el embudo, añadiendo nuevamente disolvente nuevo y repitiendo el proceso. Acabada la extracción, se juntan todas las fases que hayamos generado en las que esté nuestro producto, y se trabaja con ellas. Si el producto está en la fase acuosa, deberemos hacer que precipite, mediante la adición del reactivo adecuado (un ácido mineral si el producto es de tipo ácido, o una disolución de sosa si el producto es de tipo básico), para después poder aislar el producto por filtración. Si el producto está en la fase orgánica, antes de eliminar el disolvente en el rotavapor, debemos secar dicha fase, mediante un agente desecante, como sulfato sódico o magnésico anhidro. Para ello, se adiciona dicho desecante sobre la fase orgánica, hasta que se observe que hay desecante no apelmazado. Se deja actuar un tiempo, diez minutos, por ejemplo, y a continuación se filtra a través de un filtro de pliegues y embudo alemán, sobre un matraz esférico tarado. El filtrado se coloca en el rotavapor, se elimina el disolvente, y el producto se pesa directamente en el matraz. 2.3) Destilación El proceso de purificación por destilación coincide plenamente con el método de destilación visto con anterioridad, por lo que no se repite aquí.

2º Biotecnología: Q. Orgánica Cálculo rendimiento

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Toda reacción química tiene como objetivo obtener la mayor cantidad posible del producto que nos interesa. Esa idea intuitiva de la mayor cantidad posible se traduce, matemáticamente, en el cálculo del rendimiento de la reacción.

Éste se define siempre como el cociente entre la cantidad obtenida realmente, y la cantidad que deberíamos haber obtenido si todo hubiese transcurrido de manera perfecta. El primer valor se obtiene experimentalmente, una vez aislado el producto, sin más que pesar o medir el volumen. Es por lo tanto el valor máximo teórico el que hay que calcular. Para ello, debemos distinguir dos situaciones.

Rendimiento de una purificación En este caso, el producto no va a sufrir ninguna transformación química, por lo que el cálculo de la cantidad máxima que se puede obtener se reduce a medir la cantidad que ponemos a purificar. Por lo tanto, a la hora de calcular el rendimiento, simplemente se divide la cantidad de producto obtenida tras la purificación entre la cantidad de producto que ponemos a purificar. En este caso tan simple, es posible calcular el rendimiento en cualquier unidad, y sin necesidad de tener en cuenta el peso molecular del compuesto.

Cantidad de partida

Cantidad máxima posible

Cantidad obtenida tras la purificación

Rendimiento de la purificación

3 mL 3 mL 2,7 mL (2,7/3) x 100 = 90% 4 g 4 g 3 g (3/4) x 100 = 75% 1 mol 1 mol 0,6 mol (0,6/1) x 100 = 60%

Como norma, los rendimientos se dan sin decimales, por lo que es preciso aplicar las normas de redondeo. Por ejemplo, si al hacer el cociente obtenemos un valor de 50,6%, el rendimiento se redondea a 51%, mientras que si el cociente da un valor de 50,4%, se debe redondear a 50%.

Rendimiento de una reacción química Para explicar el proceso, vamos a utilizar un ejemplo aclaratorio. Se hacen reaccionar 3,8 g de benzaldehído con 1 mL de acetona en medio básico obtenido disolviendo 2 g de hidróxido sódico en 10 mL de agua. Tras la reacción el producto se filtra y se seca obteniéndose 2,7 g de dibencilidenacetona (1,5-difenil-1,4-pentadien-3-ona). Calcular el rendimiento de la reacción. Densidadacetona = 800 Kg/m3. Los pasos a seguir son los siguientes:

CÁLCULO DEL RENDIMIENTO DE UNA REACCIÓN


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2.1) Escribir la reacción, ajustarla, y calcular el peso molecular de reactivos y productos

2.2) Calcular el número de moles de cada reactivo

2.3) Comprobar la estequiometría de la reacción

2 benzaldehido : 1 acetona → 1 dibencilidenacetona 2.4) Comprobar cuál es el reactivo limitante

Para ello, se divide el número de moles calculado anteriormente entre el coeficiente estequiométrico respectivo, y el cociente cuyo valor sea más pequeño corresponde al reactivo limitante.

Benzaldehído: 0,035 / 2 = 0,0175 Acetona: 0,013 / 1 = 0,013 → Reactivo Limitante

El significado físico del reactivo limitante es el siguiente: es el primer reactivo que se acaba cuando está teniendo lugar la reacción, de manera que por mucha cantidad que quede del resto de reactivos, la reacción no puede seguir avanzando.

2.5) Calcular el número de moles teórico del producto obtenido

Esto se hace dividiendo el coeficiente estequiométrico del producto entre el coeficiente estequiométrico del reactivo limitante, y multiplicando por el número de moles del reactivo limitante.

n benzaldehído = m

PM3,8106

= = 0,035 moles

=PM

mn acetona =

. V

PM=

800Kgm3

. 1 mL

58

1000 g

1 Kg

1 m3

106 cm3. . = 0,013 moles

n teórico de producto =Coeficiente estequiométrico del producto

Coeficiente estequiométrico del reactivo limitante

= 11

.

0,013 moles

n reactivo limitante

n teórico de producto = . 0,013 moles dibencilidenacetona

C

O

HH3C C

O

CH3

O

NaOH2 1 1+

PM = 106 PM = 58 PM = 234


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2.6) Calcular el número de gramos teóricos de producto

2.7) Calcular el rendimiento de la reacción

n =m

PMm = n . PM = 0,013 . 234 = 3,042 g teóricos dibencilidenacetona

Rendimiento =g experimentales

g teóricosx 100 =

2,7

3,042= 88,8% = 89%x 100

2º Biotecnología: Q. Orgánica Práctica 1: Modelos moleculares

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OBJETIVOS Construir modelos de moléculas con el fin de observarlas en tres dimensiones e intentar

ver las disposiciones espaciales de los átomos en una molécula. Intentar comprender con ayuda de los modelos la isomería geométrica, las conformaciones

y la configuración absoluta.

FUNDAMENTO TEÓRICO Si nos preguntan ¿qué es la Química Orgánica? La definición más habitual que encontraremos es que la Química Orgánica es la química de los compuestos de carbono. Hay varias características de estos compuestos de carbono que debemos conocer: -El carbono forma enlaces fuertes consigo mismo así como con otros elementos. La mayoría de los elementos que comúnmente se encuentran en compuestos orgánicos, aparte del carbono, son hidrógeno, oxígeno y nitrógeno. -Los átomos de carbono son generalmente tetravalentes, lo que significa que los átomos de carbono en la mayoría de compuestos orgánicos están conectados por cuatro enlaces covalentes con átomos adyacentes. -Las moléculas orgánicas son tridimensionales y ocupan espacio. Los enlaces covalentes con el átomo de carbono hacen que los átomos adyacentes se encuentren en ángulos discretos entre si. Dependiendo del tipo de compuesto orgánico el ángulo puede ser de 180º, 120º o 109,5º. Estos ángulos corresponden a compuestos que tienen enlaces triples, dobles o enlaces simples respectivamente. -Los compuestos orgánicos pueden tener una variedad ilimitada en la composición, la forma y estructura. Así, mientras que la fórmula molecular indica el número y tipo de átomos presentes en un compuesto, no dice nada acerca de la estructura. Los modelos moleculares nos ayudan a obtener una representación tridimensional de una molécula que nos muestra la secuencia en la que los átomos están conectados y el tipo de enlace. Por ejemplo, la fórmula molecular C4H10 se puede representar por dos estructuras diferentes: el n-butano y el 2-metilpropano (isobutano). Observar las siguientes figuras.

PPRRÁÁCCTTIICCAA 11 EEssttrruuccttuurraa ddee llooss ccoommppuueessttooss oorrggáánniiccooss.. UUssoo

ddee mmooddeellooss mmoolleeccuullaarreess..


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Considerando también la fórmula molecular C2H6O. Hay dos estructuras que corresponden a esa fórmula: el dimetil éter y el etanol (alcohol etílico).

En los ejemplos anteriores cada estructura representa un compuesto diferente, con distintas propiedades físicas y químicas. Los compuestos con la misma fórmula molecular pero con diferentes fórmulas estructurales se llaman isómeros.

Isómeros

Isómeros constitucionalesMisma fórmula molecular

pero diferente orden de conexiónde los átomos.

EstereoisómerosMisma fórmula molecular y

estructura, pero diferente orientaciónespacial de los átomos.

EnantiómerosSon imágenes especularesno superponibles entre si.

DiastereoisómerosNo son imágenes especulares.

La parte de la Química Orgánica que se ocupa de la estructura en tres dimensiones de las moléculas es la estereoquímica. Analizando la estereoquímica de una molécula se pueden estudiar las relaciones espaciales entre los átomos de un carbono y los átomos del carbono adyacente. En moléculas de cadena abierta puede darse rotación alrededor de los enlaces simples. Las diferentes formas tridimensionales que puede adoptar la molécula debido a la rotación a lo largo de los en laces C-C me da los isómeros conformacionales. Una conformación específica se llama confórmero. Mientras que los isómeros individuales pueden ser aislados, los confórmeros no se pueden aislar ya que su interconversión por rotación es muy rápida. Los confórmeros se pueden representar en proyecciones. Con estas proyecciones de intenta mostrar en una superficiaeplana como soen las moléculas tridimensionales. La representación en caballete o perspectiva utiliza trazos continuos y gruesos para indicar los enlaces que se proyectan fuera del plano y hacia adelante (por encima del plano del dibujo) y trazos discontinuos de grosor normal cuando el enlace está dirigido hacia atrás (por debajo del plano del dibujo).Todo lo que está en el plano del papel se dibuja con trazos contínuos de grosor normal. A continuación se muestra la representación en perspectiva del propano.

Una alternativa sencilla a las representaciones en perspectiva es la proyección de Newman. En esta proyección se observa la molécula directamente a lo largo de un enlace C-C, en esta


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disposición el átomo de carbono de delante tapa al de atrás pero los enlaces que parten de cada uno de ellos son claramente visibles. El carbono delantero se representa por el punto de intersección de los tres enlaces a que está unido, uno de los cuales generalmente se dibuja vertical y apuntando hacia arriba. El carbono trasero es un círculo y sus enlaces se escriben saliendo del borde externo de ese círculo. Con las proyecciones de Newman los confórmeros se muestran con facilidad. Dos confórmeros del propano se muestran en la siguiente figura.

Otros estereoisómeros son los isómeros geométricos, que son aquellos que se generan debido a la rigidez del doble enlace y son de dos clases : cis (o Z) , con los dos sustituyentes de mayor prioridad para un mismo lado y trans (o E) con los dos sustituyentes de mayor prioridad para lados opuestos. Para que existan isómeros geométricos los grupos ligados a un mismo carbono del doble enlace deben ser diferentes. Los isómeros cis y trans también se presentan en los compuestos cíclicos.

Nos queda un último tipo de estereoisomería, la que está relacionada con la quiralidad. Aquellos compuestos químicos que poseen imágenes especulares no superponibles entre si (como nuestras manos) se dice que son quirales. El par de imágenes especulares que no se superponen se llaman enantiómeros. La quiralidad generalmente surge de la presencia de un átomo de carbono asimétrico o átomo de carbono quiral. Un átomo de carbono asimétrico es aquel que presenta cuatro átomos o gurpos diferentes unidos a él. La disposición de estos grupos alrededor del carbono quiral se llama configuración absoluta y puede describirse como (R) o (S). Las moléculas que son imágenes especulares tienen propiedades físicas idénticas. La única diferencia que poseen los enantiómeros es que hacen girar el plano de la luz linealmente polarizada en sentidos opuestos. Los enantiómeros poseen actividad óptica. ¿En qué consiste la actividad óptica? La luz natural posee ondas que vibran en todas las direcciones. La luz planopolarizada o lienalmente polarizada está formada por ondas que sólo vibran en un plano. Cuando la luz polarizada pasa a través de una solución que contiene un compuesto ópticamente activo éste hace girar el plano de la luz un determinado ángulo hacia la derecha o hacia la izquierda. Si una molécula presenta esta característica se dice que tiene actividad óptica.


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Hay otro tipo de representación que se usa a menudo, sobre todo para sustancias que tienen muchos centros quirales: las proyecciones de Fisher. En cada centro de quiralidad en una proyección de Fisher, las líneas horizontales se consideran saliendo de la página, y las verticales se consideran por detrás de ella.

d

C

c

a

b

d

b

a c

d

b

ca

Para establecer la configuración absoluta de un carbono quiral hay que utilizar las reglas de Cahn-Ingold-Prelog.

MATERIAL Modelos moleculares.

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

Cuestiones sobre isómeros conformacionales 1.- Con los modelos moleculares representar el etano en las conformaciones alternada y eclipsada. Dibuje las fórmulas de cuñas y las proyecciones de Newman. Represente el perfil de energía para los confórmeros del etano.

2.- Con los modelos moleculares represente el 1,2-dicloroetano. Obtenga las conformaciones singulares y representarlas. Dibuje las proyecciones de Newman y ordénelas en términos de estabilidad relativa.

3.- Con los modelos moleculares represente el butano. Obtenga las conformaciones singulares, represéntelas y haga las proyecciones de Newman. Represente el perfil de energía para los confórmeros del butano.

Cuestiones sobre estereoisómeros 4.- ¿Cuáles de los siguientes compuestos exhiben isomería geométrica? Dibujar los posibles isómeros.

a) CH3-CH=CH2; b) CH3-CH=CH-Cl; c) CH3-CH=CH-CH3

5.- Represente con los modelos moleculares el 2-cloropropano y compruebe que su imagen especular es superponible.


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6.- Represente con los modelos moleculares el 2-clorobutano. Dibuje los enantiómeros y asigne la configuración a los estereocentros. Compruebe que para transformar un compuesto en su enantiómero hay que romper enlaces.

7.- Represente con los modelos moleculares los enantiómeros del ácido láctico (2-hidroxipropanoico). Dibújelos en perspectiva y proyección de Fisher y asigne las configuraciones.

8.- Represente con los modelos moleculares los isómeros de los siguientes compuestos. Dibújelos y asigne la configuración E/Z de los dobles enlaces. Compruebe que los isómeros son compuestos distintos y que para pasar de uno a otro hay que romper enlaces.

a) 1-propeno

b) 2-penteno

c) 2-metil-2-buteno

d) 1-cloro-2-metil-1-buteno

9.- ¿Cuántos estereoisómeros tiene el 2-bromo-3-clorobutano? Represéntelos con los modelos moleculares e indique la relación que guardan entre sí. Compruebe que no son superponibles. Dibújelos y asigne las configuraciones a los estereocentros. Haga las representaciones de Newman y Fisher.

10.- ¿Cuántos estereoisómeros tiene el 2,3-diclorobutano? Represéntelos con los modelos moleculares e indique la relación que guardan entre sí. ¿Son todos ópticamente activos? Razone la respuesta. Compruebe que no son superponibles. Dibújelos y asigne las configuraciones a los estereocentros. Haga las representaciones de Newman y Fisher.

11.- Represente con los modelos moleculares los estereoisómeros del 2-clorociclobutanol. Dibújelos y asigne la configuración R o S. Indique cuáles son enantiómeros y cuáles diastereómeros, y diferencie entre los isómeros cis y trans.

12.- Represente con los modelos moleculares el cis- y trans-1,2-diclorociclobutano. Indique qué estereoisómero tiene plano de simetría y cuál tiene eje de simetría. Haga las imágenes especulares y compruebe si son o no superponibles. ¿Son todos ópticamente activos? Dibújelos y asigne las configuraciones a los estereocentros.

13.- Represente con los modelos moleculares el cis- y trans-1,3-diclorociclobutano. ¿Tienen algún elemento de simetría? Haga las imágenes especulares y compruebe si son superponibles. ¿Son ópticamente activos? Dibújelos.

14.- Escribir las fórmulas de 5 moléculas quirales que no hayan aparecido en los ejercicios anteriores. Utilizar los modelos moleculares para tratar de representarlas.

2º Biotecnología: Q. Orgánica Práctica 2: Recristalización

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OBJETIVOS Purificación de un compuesto sólido por recristalización.

FUNDAMENTO TEÓRICO La recristalización es aún hoy día uno de los procedimientos más adecuados y sencillos para la purificación de sustancias sólidas. En general, la purificación por recristalización se basa en el hecho de que la mayoría de los sólidos son más solubles en un disolvente en caliente que en frío. El proceso consiste en:

i) Disolver el sólido que se va a purificar en la menor cantidad posible del disolvente caliente (generalmente a ebullición);

ii) Filtrar la disolución caliente para eliminar las partículas y las impurezas insolubles (en caso de que existan);

iii) Dejar que la disolución caliente se enfríe consiguiendo de este modo que la sustancia disuelta cristalice;

iv) Separar los cristales de las aguas madres (disolución). En el caso ideal, la mayor parte de la sustancia deseada debe separarse en forma cristalina y todas las impurezas solubles deben quedar disueltas en las aguas madres.

El factor más importante de esta técnica de purificación es, obviamente, la elección del disolvente adecuado. Éste debe cumplir dos características básicas:

1) Debe existir una gran diferencia de solubilidad del compuesto a purificar, a baja

temperatura (temp. ambiente ó 0ºC) y a elevada temperatura (temperatura de ebullición). Como es lógico, esta propiedad se cumplirá más fácilmente con aquellos disolventes que presenten un punto de ebullición relativamente elevado, lo que permite contar con un gran intervalo de temperatura a la hora de enfriar la disolución.

2) Ha de ser químicamente inerte en relación con la sustancia a purificar.

Si dos o más disolventes son adecuados para recristalizar un compuesto la elección final dependerá de factores como la toxicidad, la facilidad de manejo, la inflamabilidad o el coste.

Los disolventes más comunes usados en la recristalización se encuentran recogidos en la Tabla en orden decreciente de polaridad.

PPRRÁÁCCTTIICCAA 22 RReeccrriissttaalliizzaacciióónn


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COOH

OH

DISOLVENTE PUNTO DE EBULLICIÓN (ºC) CARACTERÍSTICAS

Agua 100 Usado en cualquier situación

Metanol 64,5 Inflamable. Tóxico

Etanol 78 Inflamable

Acetona 56 Inflamable

Acetato de etilo 78 Inflamable

Ácido acético glacial 118 No muy inflamable. Vapores irritantes

Diclorometano 41 No inflamable. Tóxico

Cloroformo 61 No inflamable. Vapores tóxicos

Éter dietílico 35 Inflamable

Benceno 80 Inflamable. Tóxico

Dioxano 101 Inflamable. Tóxico

Tetracloruro de carbono

77 No inflamable. Tóxico

Ciclohexano 81 Inflamable

Tabla 1. Disolventes más comunes usados para recristalizar

Con frecuencia se encuentra que una sustancia es demasiado soluble en un disolvente y demasiado poco soluble en otro para realizar la recristalización. En este caso se suele utilizar con buen resultado una mezcla de ambos disolventes (siempre que sean miscibles).

El compuesto que se va a recristalizar en la práctica de hoy es el ácido salícilico. El ácido salicílico es el aditivo clave en muchos productos para el cuidado de la piel diseñados para tratar acné, soriasis y callosidades (el endurecimiento de la piel por presión persistente), la piel de gallina y las verrugas. Trata el acné causando que las células de la piel se caigan más fácilmente, evitando que los poros se tapen. Este efecto en las células de la piel también hace que el ácido salicílico sea un ingrediente activo en varios champús diseñados para tratar la caspa. Las propiedades medicinales del ácido salicílico (principalmente para alivio a la fiebre) se han conocido desde 1763.

Este ácido salicílico recristalizado se utilizará posteriormente en la práctica de la síntesis de la aspirina

MATERIAL Cazo de aluminio ● Cono de goma Embudo alemán ● Embudo Buchner Erlenmeyer de 250 mL ● Gradilla para tubos de ensayo Kitasato ● Nuez Papel de filtro ● Pieza de agitación (imán) Pinza ● Pipetas pasteur de plástico (4) Placa de agitación y calefacción ● Soporte Tubos de ensayo (4)


33

REACTIVOS Y DISOLVENTES ●Acetona ●Etanol ●Ácido salicílico ●Hexano ●Agua destilada

PRECAUCIONES Acetona: Peligroso por inhalación, ingestión y por absorción a través de la piel.

Irritante. El contacto con los ojos puedes ocasionar graves lesiones. Ácido salicílico: Peligroso por inhalación, ingestión y por absorción a través de la piel.

Irritante. Etanol: Irritante de los ojos y la piel. Su ingestión puede provocar nauseas,

vómitos y embriaguez. Su uso prolongado puede tener consecuencias graves para la vida.

Hexano: Peligroso por inhalación, ingestión y por absorción a través de la piel. Irritante. La exposición prolongada puede ocasionar infertilidad.

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL 1) Poner el cazo lleno de agua del grifo a calentar en la placa de calefacción. 2) Elegir el disolvente más adecuado para llevar a cabo la recristalización.

2.1) Poner una punta de espátula del ácido salicílico contenido en el erlenmeyer de 250 mL en cada uno de los 4 tubos de ensayo.

2.2) Añadir a cada uno de estos 4 tubos de ensayo 1 mL (aprox) de disolvente de los que se han dado para ensayar la solubilidad: hexano, acetona, etanol y agua (un disolvente distinto en cada tubo de ensayo).

2.3) Agitar vigorosamente durante unos segundos y observar el grado de disolución a temperatura ambiente

a) Si el sólido problema se disuelve completamente, o casi por completo, el

disolvente no es adecuado para la recristalización. b) Si por el contrario el sólido problema es insoluble o poco soluble, se procede a

calentar el tubo de ensayo en el cazo (que previamente se ha llenado de agua y se ha puesto a calentar) hasta ebullición del disolvente. Sujetar el tubo de ensayo con una pinza y no apuntar hacia el compañero cuando se está calentando. Si el sólido se disuelve, el disolvente es adecuado para la recristalización.

El disolvente adecuado será aquel que disuelva totalmente el sólido en caliente y que una vez enfriado el tubo de ensayo a temperatura ambiente, o en baño de hielo, se observe formación abundante de cristales.


34

Embudo Buchner

Kitasato

Goma de vacío

Trompa de vacío

Grifo

NOTA: En el caso de que el compuesto no cristalice en frío, a veces resulta útil rascar las paredes del tubo de ensayo con una espátula, lo que permite inducir la cristalización (pequeñísimos fragmentos de vidrio pueden actuar como germen de cristalización).

3) Comunicar a alguno de los responsables del laboratorio el disolvente elegido para

recristalizar el compuesto. 4) Recristalizar el compuesto.

4.1) Pesar el producto que queda en el erlenmeyer de 250 mL 4.2) Añadir 100 mL del disolvente elegido. 4.3) Calentar el erlenmeyer, sujeto con una pinza al soporte, en la placa calefactora

directamente (sin el cazo de agua) hasta ebullición del disolvente 4.4) Una vez que el disolvente está a ebullición si el sólido no se ha disuelto se va

añadiendo más disolvente en porciones de 5 mL hasta un máximo de 4 veces 4.5) Cuando el sólido está disuelto o prácticamente disuelto se procede a filtrar la

disolución en caliente y lo más rápido posible con un filtro de pliegues y un embudo alemán, tal y como se indica en la Figura 1. SI EL SÓLIDO ESTÁ COMPLETAMENTE DISUELTO NO ES NECESARIO REALIZAR ESTE PASO.

4.6) A continuación, dejar enfriar lentamente la disolución en un baño de hielo. En general el tamaño de los cristales dependerá de la velocidad de enfriamiento. Cuanto mayor sea ésta menor será el tamaño de los cristales.

4.7) Finalmente, sólo queda separar los cristales de las aguas madres. Esta operación se

lleva a cabo por filtración a vacío en un Büchner, tal y como se indica en la figura. Para recoger los últimos cristales que quedan en el erlenmeyer suele añadirse una pequeña cantidad del disolvente empleado frío y vertiéndolo a continuación sobre el Büchner, lo que permite además el lavado de la masa cristalina.

NOTA: Manejo de la trompa de vacío

1) Abrir el grifo a tope. 2) Unir el kitasato a la trompa

de vacío a través de la goma. 3) Verter sobre el Büchner la

masa cristalina. 4) Esperar a que se filtre todo

el líquido. 5) Desconectar la goma del

kitasato.


35

6) Cerrar el grifo. A continuación se sacan los cristales del Büchner y se ponen sobre un papel de filtro seco. Se dejan secar hasta el día siguiente para pesarlos y calcular el rendimiento de la recristalización.

CUESTIONES

1) Rellenar la siguiente tabla en el cuaderno

2) Pesar los cristales obtenidos después de la recristalización. 3) Calcular el rendimiento de la recristalización.

SOLUBILIDAD DISOLVENTE

HEXANO ETANOL ACETONA AGUA

SOLUBILIDAD EN FRIO

SOLUBILIDAD EN CALIENTE

2º Biotecnología: Q. Orgánica Práctica 3: Destilación

36

OBJETIVOS Utilización de un aparato de destilación simple. Estimación de la pureza del alcohol obtenido.

FUNDAMENTO TEÓRICO La destilación simple es un método de separación que consiste en el calentamiento de una mezcla para que las sustancias volátiles se evaporen y, posteriormente, se condensen por enfriamiento en un recipiente colector. La destilación simple se emplea en procesos donde existe sólo un componente volátil o en el que existen dos componentes volátiles cuyos puntos de ebullición son muy diferentes. Para conseguir la completa separación de dos sustancias deben realizarse sucesivas destilaciones tanto del destilado como del residuo de la destilación. En la práctica este proceso se realiza utilizando una columna de fraccionamiento, donde el vapor se condensa y vuelve a destilar numerosas veces, consiguiendo que el componente más volátil abandone la columna por la parte superior mientras que el menos volátil se condensa en el matraz de destilación. A este proceso se le conoce como destilación fraccionada. El alcohol etílico o etanol que es el compuesto que se va a destilar en la práctica de hoy, no sólo es el producto químico orgánico sintético más antiguo empleado, sino también uno de los más importantes de la industria química. Se emplea como disolvente para lacas, barnices, perfumes y condimentos, como medio para reacciones químicas y para recristalizaciones. El alcohol etílico se prepara tanto por hidratación del etileno (subproducto del “cracking” del petróleo), como por fermentación de azúcar de melazas (principalmente de la caña de azúcar). El alcohol etílico es el alcohol de las bebidas alcohólicas. Medicinalmente se clasifica como hipnótico (que produce sueño) y es menos tóxico que otros alcoholes. Por ejemplo, el metanol es muy venenoso: tomarlo, respirarlo durante períodos prolongados o dejarlo en contacto con la piel puede conducir a la ceguera o a la muerte. La mayor parte del alcohol industrial se desnaturaliza para evitar el pago de impuestos, puesto que entonces resulta inadecuado para elaborar licores, y ya no queda sometido a tasas tan elevadas. Como agentes desnaturalizantes más comunes suelen utilizarse metanol y gasolina de alto octanaje. El alcohol etílico puro (alcohol absoluto), empleado para propósitos químicos, es controlado estrictamente por los gobiernos. En cualquiera de los métodos de obtención, el etanol se obtiene mezclado con agua y luego se concentra por destilación simple o fraccionada. Sin embargo, el punto de ebullición más bajo corresponde a un azeótropo binario (disolución que hierve a temperatura constante,

PPRRÁÁCCTTIICCAA 33:: DDeessttiillaacciióónn ddeell vviinnoo


37

1

2

34

5

6

78

9

10

11

Entrada de agua

Salida de agua 1) Placa calefactora2) Baño de calefacción3) Matraz de destilación 4) Pinza de sujeción5) Cabeza de destilación6) Termómetro de destilación7) Refrigerante de destilación8 ) Pinza de sujeción9) Codo10) Matraz de recogida11) Clips para uniones esmeriladas

produciendo vapor de la misma composición que el líquido) que contiene 95% de alcohol y 5% de agua, no pudiéndose concentrar por encima de esta composición cualquiera que sea la eficiencia de la columna de fraccionamiento. La obtención de etanol absoluto, aunque más caro puede lograrse por tratamiento del azeótropo anterior con magnesio metálico. El agua reacciona con éste formando hidróxido magnésico insoluble, que se separa del alcohol.

MATERIAL ● Codo ● Pinzas (2) ● Cabeza de destilación ● Placa de agitación y calefacción ● Cristalizador ● Probeta de 25mL ● Gomas de silicona (2) ● Refrigerante de destilación ● Matraz de 100 mL B29 ● Soportes (2) ● Matraz de 250 mL B29 ● Tapón de plástico B29 ● Nueces (2) ● Termómetro ● Pieza de agitación (imán)

REACTIVOS Y DISOLVENTES Vino de mesa

PRECAUCIONES Etanol: Irritante de los ojos y la piel. Su ingestión puede provocar nauseas, vómitos y

embriaguez. Su uso prolongado puede tener consecuencias graves para la vida.

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL Se añaden 100 mL de vino de mesa a un matraz de 250 mL. Se monta el aparato de destilación (ver página 17). SE AVISA A UN RESPONSABLE DE PRÁCTICAS PARA QUE REVISE EL MONTAJE. Se calienta y se agita el vino mediante el imán.


38

A medida que se calienta, los vapores de etanol se van condensando sobre el termómetro y comenzará a producirse un goteo constante. El vapor condensado se irá desplazando sobre el refrigerante (enfriado con agua en contra corriente) hasta llegar al matraz colector. Cuando exista un goteo constante, en el matraz colector, se anotará la temperatura del termómetro (estará entre 78-85 ºC), y dicho valor corresponde con el punto de ebullición a presión normal del etanol. Cuando un responsable del laboratorio lo diga se dará por terminada la destilación. El contenido del matraz colector se trasvasa a una probeta limpia y seca para medir el volumen de alcohol destilado. Para medir la cantidad de alcohol real, se espera a que un responsable de prácticas pase por el puesto con un alcohómetro. Este alcohómetro se introduce en una probeta de 250 mL a la que previamente se ha añadido el alcohol destilado y se ha enrasado con agua hasta 200 mL. Estos alcohómetros están preparados para medir en volúmenes de 100 mL y como nosotros lo hacemos con 200 mL, el grado de alcohol en el vino se lee directamente en el vástago del alcohómetro multiplicando por dos.

CUESTIONES 1) Rellenar la siguiente tabla de resultados en vuestro cuaderno de laboratorio:

Temperatura de destilación (ºC) Volumen de mezcla etanol-agua destilada (mL) Grado de alcohol de la mezcla destilada (% en volumen)

2º Biotecnología: Q. Orgánica Práctica 4: Extracción líquido -líquido

39

OBJETIVOS

Separación de compuestos orgánicos en función de sus propiedades ácidas o básicas utilizando la técnica de extracción.

FUNDAMENTO TEÓRICO La extracción líquido-líquido es el reparto de un compuesto o compuestos entre dos disolventes inmiscibles. Para ser usada de manera efectiva como técnica de separación, los compuestos deben mostrar grandes diferencias de solubilidad entre los dos disolventes. Esto se puede conseguir explotando las propiedades ácido-base de los compuestos orgánicos.

Compuestos orgánicos ácidos: ácidos carboxílicos y fenoles. Compuestos orgánicos básicos: aminas. Compuestos orgánicos neutros: aldehídos, cetonas, ésteres, amidas, alcoholes, éteres,

nitrilos.

La extracción es la técnica utilizada para separar un compuesto orgánico de una mezcla de reacción. Generalmente cuando se realiza una reacción orgánica se necesita posteriormente un tratamiento acuoso, aislándose los compuestos orgánicos de estos medios por extracción. El procedimiento consiste en agitar la disolución acuosa con un disolvente orgánico inmiscible en agua (p.ej.: CH2Cl2, CHCl3, CH3CO2Et, EtOEt…). Los compuestos orgánicos se disolverán mejor en el disolvente orgánico que en la disolución acuosa, mientras que las sales inorgánicas lo harán en la fase acuosa. Esta técnica está basada en el diferente coeficiente de reparto que presenta el soluto entre los dos disolventes (agua y disolvente orgánico). Por tanto, con el fin de asegurar la extracción total del producto, es mejor extraer varias veces con cantidades no muy grandes de disolvente que una sola vez con gran cantidad de disolvente.

Los requisitos que debe cumplir el disolvente de extracción son:

a) Ser inmiscible con el agua. b) Disolver el soluto que se desea extraer.

PPRRÁÁCCTTIICCAA 44:: EExxttrraacccciióónn llííqquuiiddoo--llííqquuiiddoo


40

ASPECTOS PRÁCTICOS a) Manipulación del embudo de decantación El embudo de decantación es el apropiado para realizar esta operación. La llave debe

estar engrasada y el tapón debe ajustar perfectamente con el fin de evitar pérdidas. El embudo de decantación se sujeta a un soporte mediante un aro metálico. Debajo se coloca un erlenmeyer y en la parte superior un embudo de forma alemana

(ver Figura. 1a). Se agrega la disolución orgánica que contiene los productos a extraer y a continuación

la fase acuosa en la que se van a extraer los distintos compuestos. Se quita el embudo de forma alemana y se coloca el tapón. Se separa el embudo del aro y se maneja con ambas manos, una sujeta el tapón y con

la otra se manipula la llave (ver Figura 1b). Se agita suavemente con el fin de mezclar las fases con el embudo volcado. Sujetando con una mano el tapón, se abre la llave del embudo para dejar salir los

gases. Una vez realizada esta operación un par de veces, se agita vigorosamente y se deja

reposar sobre el soporte. Se quita el tapón y se espera que se separen las fases. La fase anterior se deja salir por la parte inferior, mientras la superior se vacía por la

parte de arriba. La fase orgánica estará arriba o abajo dependiendo de la densidad del disolvente elegido. Por ejemplo disolventes más densos que el agua como CH2Cl2, CHCl3 y Cl4C estarán en la fase inferior. Disolventes menos densos que el agua como CH3CO2Et, benceno, tolueno o éter etílico aparecerán en la fase superior. En cualquier caso, si no se está seguro de cual es la fase orgánica se puede adicionar un poco de agua y comprobar que fase aumenta.

Figura 1a Figura 1b


41

En esta práctica se va a separar una mezcla compuesta por ácido salicílico y p-aminobenzoato de etilo, que son un compuesto ácido y un compuesto básico.

MATERIAL Aro metálico Büchner Cazo de aluminio Cono de goma Embudo alemán Embudo de decantación de 250 mL Erlenmeyer de 250 mL Erlenmeyer de 100 mL (2)

Erlenmeyer de 50 mL (2) Kitasato Nueces (2) Papel de filtro Papel pH 4 Pipetas pasteur de plástico Probeta de 50 mL Soporte

REACTIVOS Y DISOLVENTES Acetato de etilo Ácido salicílico Agua Hielo p-Aminobenzoato de etilo

Disolución de HCl al 8 % Disolución de HCl al 16 % Disolución de NaOH al 10% Disolución de NaOH al 20%

PRECAUCIONES Acetato de etilo: Peligroso por ingestión. Irritante. Muy inflamable. Ácido clorhídrico: Extremadamente corrosivo. Peligroso por inhalación y

absorción. Irritante para ojos y piel. Ácido salicílico: Peligroso por inhalación, ingestión y por absorción a través de la

piel. Irritante. p-Aminobenzoato de etilo: Irritante para la piel, los ojos y el sistema respiratorio. Hidróxido sódico: Muy corrosivo. Causa severas quemaduras, sobre todo en los

ojos. Muy peligroso por inhalación, ingestión y por contacto con la piel.

ÁCIDO SALICÍLICO

COOH

OH NH2

O

C2H5

p-AMINOBENZOATO DE ETILO


42

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL 1. Se vierten 30 mL de la disolución problema en un embudo de decantación. 2. Separación y Aislamiento del Compuesto Básico (ver esquema página 47)

2.1. Se añaden 15 mL de HCl 8 % al embudo de decantación que contiene la fase

orgánica problema y se realiza una primera extracción (ver aspectos prácticos) (asegúrate de no apuntar a ninguno de tus compañeros cuando abras la llave para liberar presión. Tampoco apuntes a los profesores). Se vierte la fase acuosa I en un erlenmeyer, y se procede a extraer de nuevo la fase orgánica I con otros 15 mL de HCl 8 %. Se vierte de nuevo la fase acuosa II en el mismo erlenmeyer en el que se tiene la fase acuosa I. NO TIRES LA FASE ORGÁNICA II.

2.2. Se enfría en un baño de hielo la fase acuosa ácida (fase acuosa I + fase acuosa II), y se añade lentamente NaOH 20% hasta que el pH sea básico (papel pH de color azul) y precipite el p-aminobenzoato de etilo. Se mantiene el erlenmeyer 10-15 minutos en el baño de hielo para permitir la precipitación de la amina. Algunas veces aparece primero un aceite, que solidifica con el tiempo. Se filtra el sólido a presión reducida utilizando un embudo Büchner, y se lava con dos porciones de 4 mL de agua. Se ponen los cristales sobre un trozo de papel de filtro seco y se dejan secar hasta el día siguiente para poder calcular el rendimiento.

3. Separación y Aislamiento del Compuesto Acido (ver esquema página 48)

3.1. Se vierte la fase orgánica II procedente de la anterior extracción en el embudo de decantación, y se realizan dos extracciones con NaOH 10% de 15 mL cada una. Se recogen las fases acuosas III y IV de las dos extracciones básicas en un erlenmeyer. NO TIRES LA FASE ORGÁNICA IV.

3.2. Se enfría el erlenmeyer en un baño de hielo y se añade lentamente suficiente HCl

16% para alcanzar pH ácido (papel pH de color rojo) y precipite el ácido salicílico. Se mantiene el erlenmeyer 10-15 minutos en el baño de hielo para permitir la precipitación del ácido. Se filtra el sólido a presión reducida utilizando un embudo Büchner, y se lava con dos porciones de 4 mL de agua. Se ponen los cristales sobre un papel de filtro seco y se dejan secar hasta el día siguiente para poder calcular el rendimiento.

CUESTIONES 1. Pesar la cantidad de cada uno de los productos obtenidos. Este apartado se realiza al día

siguiente. 2. Calcular el rendimiento de cada uno de los productos obtenidos sabiendo que la

concentración de los reactivos en la disolución problema era de: 33 g/L de ácido salicílico y 49,5 g/L de p-aminobenzoato de etilo.


43

30mL don problema

15mLHCl 8%

F. orgánica

F. acuosa

Agito y dejo

reposar

H3N C OEt

O

Fase acuosa I15mLHCl 8%

Fase orgánica I

Agito y dejoreposar

Fase acuosa IIFase acuosa IIFase acuosa I

DisoluciónNaOH 20%

H3N C OEt

O

+ NaOH H2N C OEt

O

+ H2O + NaCl

precipitado

Filtración enun Büchner y

se deja secar

AISLAMIENTO DEL COMPUESTO BÁSICO

Cl

Fase orgánica I

H3N C OEt

OCl

Cl

pH básico

Fase orgánica II


44

15mLNaOH 10%

F. orgánica II

F. acuosa

Agito y dejo

reposar

Fase acuosa III

15mLNaOH 10%

Agito y dejoreposar

Fase acuosa IVFase acuosa IVFase acuosa III

DisoluciónHCl 16%

+ HCl + H2O + NaCl

precipitado

Filtración enun Büchner y

se deja secar

Faseorgánica II

COO

OH

COO

OH

COOH

OH

AISLAMIENTO DEL COMPUESTO ÁCIDO

Na

Fase orgánica III

COO

OH

Na

Faseorgánica III

Fase orgánica IV

Na

pH ácido

2º Biotecnología: Q. Orgánica Práctica 5: Cromatografía en capa fina

45

OBJETIVO Conocer la pureza de un grupo de compuestos y calcular su Rf.

FUNDAMENTO TEÓRICO La Cromatografía es una técnica que permite la separación de los componentes de una mezcla gracias a la influencia de dos efectos contrapuestos: Retención: es el efecto ejercido sobre los componentes de la mezcla por una fase

estacionaria. Desplazamiento: es el efecto ejercido sobre los compuestos de la mezcla por una fase

móvil. La mezcla a separar se deposita sobre la fase estacionaria y la móvil, atraviesa el sistema desplazando los componentes de la mezcla a distinta velocidad, dependiendo de las magnitudes de sus interacciones relativas con ambas fases. Este fenómeno de migración a través de la fase estacionaria recibe el nombre de elusión. La cromatografía de adsorción sólido-líquido se caracteriza por emplear una fase estacionaria sólida (adsorbente) de carácter polar y una fase móvil líquida (eluyente). La fase estacionaria está constituida por un sólido polar finamente granulado. En su superficie contiene centros activos polares capaces de adsorber las moléculas polares básicamente gracias a interacciones dipolo-dipolo o enlaces de hidrógeno. El adsorbente mas utilizado es la gel de sílice (SiO2

.

xH2O) cuyas interacciones se establecen entre los grupos SiOH y Si-O-Si superficiales y los grupos funcionales polares de los compuestos orgánicos.

O

SiO

O

O

H

SiSi

OSi

OH

O

O

OR'R

RO

H

SiO

R X

Partícula de gelde sílice

PPRRÁÁCCTTIICCAA 55:: CCrroommaattooggrraaffííaa eenn ccaappaa

ffiinnaa


46

La fase móvil esta constituída por un disolvente en el que los componentes de la mezcla deben ser al menos parcialmente solubles. La velocidad de elución de un compuesto se incrementa al aumentar la polaridad del disolvente.

Orden de fuerza del eluyente: Hexano diclorometano éter dietílico acetato de etilo acetonitrilo metanol agua

La retención se puede explicar en base a la competencia que se establece entre el soluto a separar y las moléculas de la fase móvil por adsorberse a los centros activos de la fase estacionaria. Cuanto más polar sea el compuesto más firmemente adsorbido quedará, necesitando un eluyente más polar para ser desplazado. Así los compuestos polares avanzarán más lentamente a través de la fase estacionaria, separándose de los menos polares que avanzarán más rápidamente debido a su débil adsorción.

Orden general de elución de compuestos orgánicos sobre adsorbentes polares:

Alcanos alquenos éteres hidrocarburos halogenados compuestos aromáticos aldehídos y cetonas ésteres alcoholes ácidos carboxílicos.

CROMATOGRAFÍA EN CAPA FINA [ Thin Layer Chromatography (TLC) ]

Es una técnica sencilla y muy útil en el laboratorio. Se emplea para conocer el número de componentes de una mezcla, controlar el progreso de una reacción, comprobar la eficacia de una purificación e incluso para identificar sustancias por comparación con un patrón. El adsorbente se encuentra depositado sobre una placa rígida formando una capa fina de espesor uniforme. La mezcla a analizar se deposita con un capilar a una pequeña distancia del borde inferior de la placa y se introduce en una cubeta que contiene la fase móvil, la cual asciende por capilaridad, desplazando los compuestos a diferentes velocidades. Cuando el frente del disolvente se encuentra próximo al extremo superior de la placa se saca ésta de la cubeta y se deja secar. Si los compuestos absorben luz visible se visualizan directamente. Las placas cromatográficas suelen llevar un indicador de fluorescencia que permite la visualización de los compuestos que absorben en el Ultravioleta (UV). El indicador absorbe luz UV y emite luz visible. La presencia de un compuesto que absorbe en el UV evita que el indicador absorba luz, apareciendo una mancha oscura en la placa. Si los compuestos no absorben ni en el visible ni en el UV hay que recurrir a agentes reveladores que reaccionan con los compuestos adsorbidos proporcionando compuestos coloreados. Los reveladores más habituales son el yodo (para compuestos insaturados y aromáticos), ácido fosfomolíbdico (para compuestos fácilmente oxidables), ninhidrina (para aminas, aminoácidos y azúcares) 2,4-dinitrofenilhidrazina (para aldehídos y cetonas) y permanganato de potasio (para compuestos insaturados y alcoholes). La relación entre las distancias recorridas por un compuesto dado y por el disolvente, desde el origen del cromatograma, se conoce como Factor de Retención o abreviadamente Rf (Retention Factor) (ver figura 1). Tiene un valor constante para cada compuesto en unas condiciones cromatográficas determinadas (adsorbente, eluyente, temperatura, tamaño de la cubeta, etc). Cuanto más polar sea el compuesto más retenido quedará y menor será su Rf.


47

Para un mismo compuesto cuanto más polar sea el eluyente más rápidamente será arrastrado y mayor ser su Rf. Se recomienda elegir un eluyente en el que los componentes de la mezcla presenten un Rf medio en torno a 0,3-0,5. La búsqueda de un eluyente idóneo requiere probar con varios disolventes de diferente polaridad o mezclas. Cuando un compuesto eluye con un Rf inferior a 0,2 o superior a 0,7, puede ocurrir que lo que nos parece un compuesto único sea en realidad una mezcla de varios. En estos casos se debe cambiar a otro disolvente más o menos polar respectivamente. Para compuestos poco polares, que se desplazan del origen con mucha facilidad, se debe utilizar un disolvente apolar como el hexano. En el caso de compuestos de polaridad media, se aconseja utilizar mezclas hexano/acetato de etilo en distintas proporciones.

Figura 1

MATERIAL 3 Capilares finos de vidrio Cubeta Placa de gel de sílice 4 Tubos de ensayo

REACTIVOS Y DISOLVENTES Ftalocianina Perileno tetraéster Fenantroquinona. Hexano Acetato de etilo

PRECAUCIONES Acetato de etilo: Peligroso por ingestión. Irritante. Muy inflamable Hexano: Irritante para el sistema respiratorio y la piel. Depresor del

sistema nervioso central.

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL Se realizarán TLC de 3 productos. Los productos son tres pigmentos sintetizados en el

laboratorio de investigación.

Origen

Frente deldisolvente

XAXB

Y

AB

Rf (A) =XAY

XB

YRf (B) =

Rf (B) Rf (A)

B es más polar que A


48

OO

OO

OO

OO

C48H60O8Mol. Wt.: 764,9852

O

O

C14H8O2Mol. Wt.: 208,2121

La primera molécula es una ftalocianina de zinc, la segunda un perilenotetraéster y la tercera una dicetona de fenantreno, la fenantroquinona.

Coger la placa de cromatografía y realizar las siguientes marcas con lápiz y sin apretar.

1 2 31: Ftalocianina2: Perileno tetraéster.3: Fenatrenoquinona.

Poner en un tubo de ensayo 1 mL de la disolución verde. Poner en un tubo de ensayo 1 mL de la disolución amarilla fluorescente. Poner en un tubo de ensayo 1mL de la amarilla. Coger un fino capilar de vidrio, introducirlo en el tubo número 1, mojarlo con la

disolución y depositar unas gotas sobre la marca número 1 que hay en la placa cromatográfica (ver figura 1a). Repetir la misma operación con los dos tubos restantes.

Tras dejar evaporar el disolvente de la placa, ésta se deposita dentro de una cubeta (frasco de vidrio), a la que previamente se ha añadido una pequeña cantidad de eluyente (la altura del eluyente en la cubeta debe ser 0,5 cm aprox.). En cualquier caso; el nivel superior del eluyente siempre tiene que estar por debajo de la línea en la que hemos pinchado los productos en la placa cromatográfica (ver figura 1b). Dicho eluyente asciende rápidamente por capilaridad y, si el producto es coloreado, se podrá ver una mancha del producto

N

N N N

NN

N

N

Zn

O

O

OO

OO

O

O

Chemical Formula: C144H176N8O8ZnMolecular Weight: 2212,42


49

ascendiendo también; en caso de ser una mezcla de dos productos coloreados, y haber escogido el disolvente adecuado, se verán dos manchas.

Antes de que el frente del disolvente llegue al otro extremo de la placa, ésta se saca de la cubeta y con un lápiz se hace una señal indicando hasta dónde ha llegado el eluyente. Tras dejar evaporar el disolvente de la placa, ésta se sitúa debajo de una lámpara ultravioleta y se señalan, con un lápiz, las manchas de producto observadas. Se calcula el factor de retención (Rf) “retention factor” del compuesto, que es la relación entre la distancia que ha avanzado el compuesto (A o B) y la que ha avanzado el disolvente (Figura 2)

Figura 2

El Rf es una propiedad física del compuesto para unas condiciones dadas de fase estacionaria y de composición de la fase móvil.

Ejemplo de cálculo del Rf de la sustancia A: utilizamos como fase estacionaria gel de sílice y como fase móvil acetato de etilo.

Figura 1a

Figura 1b

1 cm

Sustancia A

Sustancia B

A

B

C

Frente del disolvente

nivel al que llega eldisolvente inicialmente

mancha de la sustancia problema(menos de 1 mm de diámetro)

Rf = A

Cpara la sustancia A


50

RA

C

11

410,27f

Para las tres muestras se probarán como eluyentes:

- Hexano.

- Hexano/Acetato de etilo: 10/1



- Acetato de etilo

C = 41 cm A = 11cm

RfA = 0,27 (SiO2,AcOEt)

2º Biotecnología: Q. Orgánica Práctica 6: Síntesis de la aspirina

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OBJETIVO Acetilación y purificación de un compuesto orgánico.

FUNDAMENTO TEÓRICO La historia de la aspirina comenzó el 2 de Junio de 1763 cuando el clérigo Edward Stone presentó un artículo en la Royal Society de Londres acerca del tratamiento de la malaria utilizando extracto de la corteza de sauce (realmente esta medicación no cura la enfermedad, sólo reduce los síntomas febriles). Casi un siglo después, un médico escocés descubrió que estos mismos extractos aliviaban los síntomas del reumatismo agudo. Finalmente se descubrió que el extracto de la corteza de sauce (lo mismo que el de cierta planta que crece en las praderas: la espírea) tenía propiedades analgésicas (alivia el dolor), antipiréticas (reduce la fiebre) y antiinflamatorias. Poco tiempo después los químicos orgánicos fueron capaces de aislar e identificar el principio activo de estos extractos, al que denominaron ácido salicílico (salix es el nombre latino del sauce). A partir de entonces fue posible producir químicamente grandes cantidades de este producto para uso médico. Sin embargo, pronto se comprobó que su uso se veía limitado por su carácter ácido (producía irritación de las membranas de la boca, esófago y estómago). La primera solución dada al problema fue la de utilizar la sal sódica del ácido, pero tuvo que ser desechada pues este producto tiene un sabor poco atrayente. En 1893, Felix Hofmann, químico de la empresa alemana Bayer, diseñó una ruta para obtener grandes cantidades de ácido acetilsalicílico. Pronto se descubrió que este compuesto poseía todas las propiedades medicinales del ácido precursor sin sus desventajas (irritante de las mucosas o cuestionable sabor). La empresa decidió llamar al compuesto aspirina, a por acetil y spir por el nombre latino de la espírea (spiraea). Las tabletas de aspirina contienen aproximadamente 0,32 g de ácido acetilsalicílico prensado junto a una pequeña cantidad de almidón, que permite darles cohesión.

El ácido salicílico (o-hidroxibenzoico o 2-hidroxibenzoico) es un compuesto difuncional y puede experimentar las reacciones típicas del grupo carboxilo y del grupo fenólico. En esta práctica nos ocuparemos de la reactividad del grupo fenólico. Durante la acetilación del ácido salicílico se forma una pequeña cantidad de polímero debido al carácter difuncional en la misma molécula. El ácido acetilsalicílico reacciona con bicarbonato sódico para formar la sal sódica correspondiente, soluble en agua. La purificación de la aspirina se puede justificar debido a la diferencia de comportamiento entre la sal y el polímero. Sin embargo, la impureza más común en la síntesis propuesta es el propio ácido de partida, debido a que la acetilación es incompleta o a la hidrólisis parcial durante su aislamiento.

PPRRÁÁCCTTIICCAA 66:: SSíínntteessiiss ddee llaa aassppiirriinnaa ((ÁÁcciiddoo aacceettiillssaalliiccíílliiccoo))


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En esta práctica se va a obtener un éster (el ácido acetilsalicílico) por reacción de un fenol con un anhídrido en presencia de un catalizador ácido.

MATERIAL Cazo de aluminio Cono de goma Embudo Büchner 2 Gomas de silicona Gradilla para tubos de ensayo Kitasato Matraz fondo redondo de 100 mL B-29 2 Nueces Papel de filtro

Pieza de agitación (imán) 2 Pinzas 3 Pipetas pasteur de plástico Placa de agitación y calefacción Probeta 50 mL Refrigerante de reflujo Soporte Tapón B-29 4 Tubos de ensayo

REACTIVOS Y DISOLVENTES Ácido salicílico Ácido sulfúrico concentrado Agua destilada Anhídrido acético Aspirina comercial Disolución de FeCl3 1% Fenol Hielo

C

O

OH

OH

CH3 CO

OC

OCH3

C

O

OH

O C

O

CH3

+H2SO4

H2O

ácido salicílico anhídridoacético

ácido acetilsalicílico

+ CH3-COOH

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PRECAUCIONES Ácido salicílico: Peligroso por inhalación, ingestión y por absorción a través de la piel.

Irritante. Ácido sulfúrico: Extremadamente corrosivo y tóxico. Muy peligroso por inhalación,

ingestión por contacto con la piel. Causa graves quemaduras. La exposición prolongada puede provocar cáncer.

Anhídrido acético: Tóxico. Corrosivo. Peligroso si se inhala. Irritante por contacto con los ojos.

Bicarbonato sódico: Irritante para los ojos. Fenol: Altamente toxico por inhalación. Se absorbe a través de la piel. Tricloruro de hierro: Corrosivo. Peligroso por inhalación, ingestión y por contacto con la

piel.

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL 1) Poner, en un matraz de 100 mL de fondo redondo, 4,0 g de ácido salicílico y 10 mL de

anhídrido acético (97%, d= 1,082 g/mL) manteniendo siempre la mezcla con agitación para que no se forme una pasta.

2) Añadir 5 gotas de ácido sulfúrico concentrado y conectar el matraz a un refrigerante de reflujo.

3) Cuando todo el ácido salicílico se haya disuelto calentar la mezcla en un baño de agua durante 15 minutos (poner la placa a 100 ºC).

4) Tras dejar enfriar a temperatura ambiente aparecerán cristales de ácido acetilsalicílico. Si no aparecen los cristales enfriar en un baño de hielo.

5) Añadir 50 mL de agua, (NO AÑADIR LOS 50 mL DE AGUA HASTA QUE SE HAYAN FORMADO LOS CRISTALES DE ÁCIDO ACETILSALICÍLICO) y agitar fuertemente el matraz (convenientemente tapado).

6) Recoger el precipitado formado por filtración a vacío en un embudo Büchner (el filtrado puede utilizarse para arrastrar los cristales que hayan podido quedar en el erlenmeyer).

7) Lavar los cristales con pequeñas porciones de agua fría (la misma del baño de hielo), y secar por succión.

8) Sacar los cristales del Büchner y dejar secar a temperatura ambiente hasta el día siguiente.

Comprobación de la pureza de la aspirina Poner en un tubo de ensayo algunos cristales de fenol y 1 mL de agua destilada Poner en un tubo de ensayo algunos cristales de ácido salicílico y 1 mL de agua destilada Poner en un tubo de ensayo algunos cristales de la aspirina sintetizada y 1 mL de agua

destilada. Poner en un tubo de ensayo algunos cristales de aspirina comercial y 1 mL de agua

destilada. Esperar a que pase algún responsable del laboratorio para añadir dos o tres gotas de disolución de tricloruro de hierro al 1% (recientemente preparada) a cada uno de los tubos. La


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formación de un complejo fenol-Fe (III) da un color que va del rojo al violeta, dependiendo del fenol que se trate.

CUESTIONES DE LA PRÁCTICA 1) ¿Cuál es la función del ácido sulfúrico en la reacción? 2) Pesar la cantidad de aspirina obtenida. 3) Calcular en rendimiento de la reacción.

2º Biotecnología: Q. Orgánica Práctica 7. Síntesis de borneol

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OBJETIVO Obtención del borneol por medio de la reducción del alcanfor comercial utilizando el

borohidruro de sodio.

FUNDAMENTO TEÓRICO El alcanfor es una sustancia semisólida cristalina y cerosa con un fuerte y penetrante

olor acre. Es un terpenoide con la fórmula química C10H16O. El alcanfor puede obtenerse a partir del árbol alcanfor (Cinnamomum camphora), un enorme árbol perenne originario de Asia. Industrialmente, el alcanfor se usa en la manufactura de plásticos de celulosa, así como en explosivos, pirotécnia, lacas y barniz, fluidos balsámicos, fármacos y cosméticos. El alcanfor es rápidamente absorbido por la piel, reportando una sensación de enfriamiento similar a la del mentol, actuando como un anestésico local leve y como antimicrobiano. Puede ser administrado en pequeñas cantidades (50mg) para síntomas de fatiga y síntomas cardíacos menores. Es usado como saborizante de dulces en la India y en Europa. Se piensa que el alcanfor fue usado como saborizante en alimentos similares a los helados en China durante la dinastía Tang (618-907).

El borneol tiene multitud de usos: ayuda al sistema digestivo estimulando la producción de jugos gástricos, tonifica el corazón y mejora la circulación, trata la bronquitis, constipados y resfriados, calma el dolor de las enfermedades reumáticas y de esguinces, reduce las hinchazones, alivia el estress y se puede usar como tónico relajante y para reducir el agotamiento. En algunas partes del mundo incluso se usa como repelente de insectos.

El (+)-Borneol está presente en varias plantas medicinales como la valeriana, la lavanda y la manzanilla. También se utiliza en la medicina tradicional china y japonesa para sedación, analgesia y anestesia. Se piensa que el (+)-Borneol puede contribuir a los efectos sedantes y relajantes de la valeriana y estas otras plantas medicinales.

El borohidruro de sodio es un hidruro metálico, que por adición nucleofílica agrega un

ión hidruro del átomo de boro a un carbono deficiente en electrones de una cetona. Este proceso se repite con otras tres moléculas de cetona, hasta que todos los átomos de hidrógeno del boro sean transferidos. Posteriormente el complejo de boro puede descomponerse con agua para formar alcohol. El borohidruro es un agente reductor débil que puede reaccionar sólo con aldehídos, cetonas y cloruros de acilo, reacciona muy lento con agua y alcohol y puede usarse con facilidad en estos disolventes sin que ocurra una pérdida importante de este

PPRRÁÁCCTTIICCAA 77:: SSíínntteessiiss ddee bboorrnneeooll ppoorr rreedduucccciióónn ddeell aallccaannffoorr


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reactivo. Sin embargo, se descompone en disoluciones ácidas despendiendo hidrógeno gaseoso.

Dos alcoholes, el borneol y el isoborneol, se forman por la reducción del alcanfor

debido a que el ataque del ión borohidruro puede atacar por abajo o por arriba del grupo carbonilo. El ataque por la parte de arriba del carbonilo suele llamarse ataque exo y el ataque por la parte de abajo, ataque endo. En este ejemplo el ataque exo no es muy favorecido, debido a la repulsión estérica producida por los grupos metilo en el puente del biciclo de alcanfor. Por lo anterior, se forman 14% de borneol y 86% de isoborneol.

O

CH3H3C

H3C

CH3H3C

H3C

CH3H3C

H3C

AtaqueEXO

AtaqueENDO

BORNEOL

ISOBORNEOL

EtOH/H2O

OH

H

H

OH

EtOH/H2O

MATERIAL Cazo de aluminio 2 Erlenmeyers 100 mL Erlenmeyer 50 mL Gomas de silicona Matraz fondo redondo100 mL B-29 2 Nueces Placa de agitación y calefacción

Probeta de 10 mL Refrigerante de reflujo Kitasato Pieza de agitación (imán) 2 Pinzas Embudo Büchner Cono

REACTIVOS Y DISOLVENTES Alcanfor Etanol Borohidruro de sodio

Agua destilada Hielo

PRECAUCIONES


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Etanol: Irritante de los ojos y la piel. Su ingestión puede provocar nauseas, vómitos y embriaguez. Su uso prolongado puede tener consecuencias graves para la vida.

Borohidruro de sodio: Inflamable. Tóxico por ingestión. Provoca quemaduras.

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

En un matraz de fondo redondo de 100 mL se disuelven 3.0 g (97%) de alcanfor en 10 mL de etanol. A esta solución se agregan poco a poco 1.5 g de borohidruro de sodio (98%) en pequeñas porciones (CUIDADO PUEDE HABER EFERVESCENCIA). Después de adicionar el borohidruro de sodio se coloca el refrigerante de reflujo y la mezcla se calienta suavemente a ebullición durante 20 minutos. Se para la calefacción y la mezcla caliente se vierte en aproximadamente 50g de hielo y agua. El matraz se lava con pequeñas cantidades de agua destilada para tratar de arrastrar los restos de producto que quedan. Cuando el hielo se ha derretido, se filtra la disolución a vacío para recoger el precipitado formado.

El producto filtrado se introduce de nuevo en un matraz de fondo redondo de 100 mL limpio, y se añade la mínima cantidad de etanol caliente necesaria para recristalizarlo. Se coloca de nuevo el refrigerante de reflujo y se calienta, a reflujo, hasta que todo el sólido se haya disuelto. Se añade agua caliente lentamente hasta que la disolución se vuelva turbia, entonces se agrega uun poco de etanol caliente para redisolver el sólido formado. Una vez disuelto se procede a enfriar poco a poco la disolución con agitación (primero al aire, luego baño con agua y por último baño agua hielo). Se filtran los cristales obtenidos en un Büchner.

2º Biotecnología: Q. Orgánica Práctica 8. Síntesis de cloruro de terc-butilo

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OBJETIVOS Obtención de un cloruro de alquilo mediante una reacción de sustitución nucleófila

FUNDAMENTO TEÓRICO La sustitución nucleófila es una reacción muy habitual y útil en síntesis orgánica. Consiste en el ataque de una molécula/ión (el reactivo nucleófilo; del latín nucleus, núcleo, y del griego phillos, amante) sobre otra molécula, con expulsión de un fragmento de esta última (el grupo saliente). Dependiendo de que la expulsión se produzca con anterioridad o al mismo tiempo que el ataque del nucleófilo, este tipo de reacciones se puede dividir en dos grandes grupos: las reacciones de sustitución nucleófila unimolecular (SN1) y las reacciones de sustitución nucleófila bimolecular (SN2), respectivamente. En las reacciones SN2 el ataque del nucleófilo y la expulsión del grupo saliente son simultáneos.

En las SN1 la reacción transcurre en dos etapas. En la primera, el grupo saliente es expulsado, formándose un carbocatión. Éste, en una segunda etapa, sufre el ataque del nucleófilo.

Dependiendo de las condiciones en que se lleve a cabo la reacción (presencia de disolventes polares que puedan solvatar las especies cargadas intermedias), y de los reactivos empleados (nucleofilia de los reactivos, estabilidad del carbocatión generado) aquella transcurrirá por uno u otro mecanismo.

C Br

CH3CO2-

BrCH3CO2 CCH3CO2

+ Br-

H3CH3C

CH3

Br

CH3

CH3H3C

Br-

Br+

HO-CH2-CH3

H3CH3C

CH3

OCH2CH3

H

H3CH3C

CH3

OCH2CH3

H-

H+

PPRRÁÁCCTTIICCAA 88:: SSíínntteessiiss ddee cclloorruurroo ddee tteerrcc--bbuuttiilloo


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En esta práctica se va a sintetizar cloruro de terc-butilo a partir del alcohol correspondiente, utilizando el ión cloruro como nucleófilo. Como el grupo OH- es un mal grupo saliente, se va a realizar la reacción en medio ácido, de forma que el grupo hidroxilo se protone trasformándose en un buen grupo saliente (H2O).

MATERIAL Alargadera o pieza acodada ● Probeta de 50 mL Cabeza de destilación ● Probeta de 10 mL 2 Gomas de silicona ● Embudo alemán 1 matraz de 250 mL B29 ● Refrigerante de destilación Matraz de 50 mL B29 ● 2 Soportes 2 Nueces ● 1 Termómetro Pieza de agitación (imán) ● Placa de agitación y calefacción 2 Pinzas

REACTIVOS Y DISOLVENTES Ácido clorhídrico concentrado Terc-butanol Cloruro cálcico anhidro. Agua destilada

PRECAUCIONES Ácido clorhídrico: Extremadamente corrosivo. Peligroso por inhalación y absorción.

Irritante para ojos y piel. Terc-butanol: Peligroso si se inhala. Irritante para la piel y ojos.

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL Se añaden 35 mL de ácido clorhídrico concentrado (37%, d= 1,190g/mL), 10 mL de terc-butanol (99%, d = 0.78 g/mL) y un imán a un matraz de 250 mL. Se deja agitando vigorosamente unos 10 minutos para que se dé la reacción. Se monta un sistema de destilación. El matraz de recogida (matraz 50 mL) debe estar seco y tarado. SE AVISA A UN RESPONSABLE DE PRÁCTICAS PARA QUE REVISE EL MONTAJE. Se calienta con un baño de agua a 60-65 ºC aprox. Cuando empiece a producirse un goteo constante anotar la temperatura de destilación. En el momento que deje de gotear sobre el matraz de recogida se da por terminada la destilación.

CUESTIONES DE LA PRÁCTICA

H3CH3C

CH3

OH

CH3

CH3H3CH3C

H3C

CH3

OH

HH3C

H3C

CH3

ClH-

H+ - H2O+ Cl


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1) Temperatura de destilación 2) Pesar la cantidad de cloruro de terc-butilo obtenido 3) Calcular el rendimiento de la reacción


Documents

Guión de prácticas Química Orgánica2016-2017