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UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DEL ESTADO DE MÉXICO

FACULTAD DE QUÍMICA

MANUAL DE PRÁCTICAS

LABORATORIO DE QUÍMICA ORGÁNICA HETEROALIFÁTICA Y POLÍMEROS

PROGRAMA EDUCATIVO: INGENIERÍA QUÍMICA

ELABORÓ: QUÍMICO IGNACIO VERA JIMÉNEZ DRA SUSANA HERNÁNDEZ LOPEZ

DR.MOISÉS ROMERO ORTEGA

MAYO 2012

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INDICE DE CONTENIDOS

CONTENIDO Pág.

I. Presentación 2

II. Normas de Higiene y Seguridad en el Laboratorio 4

III. Residuos Peligrosos y Características CRETIB 8

IV. Tipos de Incendio y Extintores de Fuego 9

V. Clasificación de productos químicos según la norma NFPA 704 10

VI. Unidades de Competencia 12

Anexo I. Clasificación de los residuos 45

Anexo II. Bibliografía 46

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I. PRESENTACIÓN

El plan de estudios 2003 del programa educativo de Ingeniería Química que se imparte en la Facultad de Química de la Universidad Autónoma del Estado de México se diseño bajo un modelo educativo basado en competencias, con el fin de consolidar su pertinencia y calidad, organizándose en tres áreas de formación del conocimiento: básica, sustantiva e integral, que en conjunto pretenden dar una formación al alumno de Ingeniería química acorde a los tiempos actuales de una sociedad cada vez más dinámica, participativa y demandante. La química orgánica siendo una ciencia experimental resulta esencial tanto para la enseñanza de esta unidad de aprendizaje así como para el desarrollo actual y futuro de la misma. De ahí la importancia de que el aprendizaje de la ingeniería química que se inicie en el estudio de la química orgánica adquiera las habilidades, actitudes y conocimientos necesarios para desenvolverse en un laboratorio químico con soltura y buenos hábitos para desarrollar de manera eficiente y con calidad su actividad profesional. La unidad de aprendizaje “Laboratorio de Química Orgánica Heteroalifática y Polímeros” se ubica en el quinto semestre del programa educativo, formando parte del núcleo sustantivo destaca que la ingeniería química es una ciencia activa y en continuo desarrollo, importante para la sociedad mundial. La contribución de esta unidad de aprendizaje al perfil del egresado de este programa educativo se centra en el desarrollo de competencias, habilidades y valores, que incidirán en la solución de problemas relacionados en el área de la ingeniería química y su transformación mediante la aplicación de las ciencias básicas. Las habilidades y valores que la unidad promueve en el estudiante, tienen un carácter sustantivo ya que el nivel cognoscitivo pretende alcanzar los niveles de comprensión de conceptos y su aplicación en la solución de problemas relacionados con la transformación de la materia, el manejo de instrumentos y equipos utilizados en el campo de la química (equipo de micro escala, rota vapores, bombas de vacío, muflas, estufas y balanzas entre otros), además de promover la comunicación efectiva entre los involucrados en el proceso educativo mediante el trabajo en equipo, comprometiéndose en un mejor desempeño de calidad en el trabajo, que les permitan de manera eficaz desarrollar su actividad profesional ante los retos actuales y futuros que la sociedad les demande. Los egresados formados en un marco social y humanista, con conocimiento de los tópicos de la ingeniería química (balances de materia y energía, termodinámica, fenómenos de transporte, reacciones químicas, ingeniería de procesos), principios de

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economía y administración, así como el dominio del idioma inglés (hasta el nivel D2), y aplicando otros conocimientos básicos sólidos con un enfoque práctico y de mentalidad orientada a resolver problemas, haciendo uso de fuentes de información, de herramientas computacionales y software especializado, del análisis e instrumentación de datos, de habilidades en el manejo de equipos e instrumentos de uso común en laboratorios y de equipos de proceso, serán capaces de participar en: La planeación, organización, ejecución, dirección y control de proyectos de diseño

y construcción de plantas productivas, en su operación normal y en la optimización de las mismas.

La asimilación, adaptación, transferencia, generación y desarrollo de tecnología socialmente necesaria y económicamente redituable.

El aprovechamiento racional de los recursos materiales, energéticos y económicos con objeto de lograr un desarrollo sustentable.

La administración eficiente de los recursos humanos en todo tipo de organizaciones considerando los valores universales.

La comercialización de productos, equipos y servicios relacionados con los procesos químicos.

Con lo que ejercerán liderazgo en su quehacer profesional, comunicando sus ideas en forma oral y escrita de manera correcta y clara.

El programa de la unidad de aprendizaje consta de cuatro unidades de competencia: 1) Separación de los componentes de una mezcla, 2) Transformación de grupos funcionales orgánicos, 3) Análisis de métodos, variables y condiciones de reacción para una misma reacción y, 4) Identificación y transformación de compuestos orgánicos. Siendo el principal propósito de este programa, que el alumno desarrolle dentro del laboratorio las habilidades de: análisis, toma de decisiones, optimización de procesos, manejo adecuado de equipo, reactivos y residuos y la actitud de una conciencia ambiental y de responsabilidad, para ello el alumno tendrá que resolver en una o más sesiones en equipo, la solución a problemas específicos a través de proyectos dirigidos en donde tendrán que aplicar los lineamientos establecidos por el método científico además de los conocimientos teóricos de la química orgánica como: estructura atómica, propiedades físicas y químicas en base al modelo de mecanismos de reacción de: alcanos, alquenos, alquinos, compuestos aromáticos, halogenuros de alquilo, alcoholes y fenoles, éteres, ácidos carboxílicos y derivados, compuestos de nitrógeno, compuestos de azufre, compuestos de fósforo y finalmente polímeros y compositos. Los criterios de evaluación tienen un carácter de proceso continuo en el que la retroalimentación oportuna a los estudiantes acerca de su desempeño será un factor clave para el aprendizaje, de tal manera que el estudiante realizará un trabajo bibliográfico antes y después de las sesiones de laboratorio (investigación documental de temas afines al tema, elaboración de mapas conceptuales, resolución de problemas, cálculos estequiométricos) y, trabajo en equipo a través de la exposición y

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discusión grupal del desarrollo de la actividad a realizar en el laboratorio y finalmente la presentación de las evaluaciones señaladas en el reglamento interno de la facultad de química, así como las de diagnóstico y de carácter formativo.

II. NORMAS DE HIGIENE Y SEGURIDAD EN EL LABORATORIO

En cualquier curso de laboratorio particularmente aquel que involucre el uso de reactivos químicos, siempre existe el peligro de un accidente. Los compuestos químicos (orgánicos e inorgánicos) son a menudo tóxicos e inflamables, el material de vidrio se puede romper e infringir cortaduras severas y los reactivos pueden causar quemaduras e inflamación. Cualquier persona que entre a un laboratorio químico sin el conocimiento de la seguridad en el laboratorio está jugando con su salud, de ahí le necesidad de seguir algunas reglas de seguridad, para la prevención de accidentes. Usar lentes o Google de seguridad en el laboratorio todo el tiempo. Si se requieren

lentes de aumento se sugiere que los cristales sean endurecidos o de mica. También debe evitarse el uso de lentes de contacto debido a la generación de vapores y reactivos corrosivos que pueden causar un daño ocular.

La localización y operación de los lavaojos, extintores y mantas contra incendio, regaderas, puertas y ruta de evacuación deberá formar parte de la primera sesión de laboratorio.

Nunca fumar en el laboratorio o usar fuego cerca de operaciones en donde se involucren disolventes inflamables de bajo punto de ebullición. El éter etílico y éter de petróleo son particularmente peligrosos, pero también los son la acetona y los alcoholes (metanol y etanol).

Considerar a todos los reactivos y productos químicos como venenosos. A menos que la información inequívoca demuestre lo contrario, evitar inhalar los vapores de disolventes volátiles, especialmente los hidrocarburos halogenados (tetracloruro de carbono, cloroformo).

Nunca ingerir reactivos químicos y lavarse las manos después de manejarlos. La comida y bebidas no se deben llevar al laboratorio debido al peligro de ingestión accidental de reactivos tóxicos. Por la misma razón la succión con la boca se debe evitar al pipetear líquidos. El contacto de reactivos con la piel, ojos y ropa se debe evitar, debido a que muchas sustancias causan quemaduras o irritación severa, mientras que otros se pueden adsorber a través de la piel y causar envenenamiento.

Manipular bases o ácidos fuertes, bromo y otros agentes corrosivos con careta. Evitar el contacto con los ojos y la piel. Las salpicaduras de tales reactivos se deben enjuagar de inmediato, usando un agente neutralizante apropiado y lavar con abundante agua.

Usar una técnica adecuada y segura para intentar y remover tubos de vidrio. Los procedimientos apropiados para trabajar con vidrio a este nivel, se debe llevar a cabo con el mayor cuidado posible, pues laceraciones severas ocurren con el

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rompimiento accidental de tubería de vidrio o termómetros al insertarlos en tapones.

Usar ropa apropiada. Los zapatos de trabajo (no sandalias, ni tenis, ni de tacón) siempre se llevarán cerrados para tener protección adecuada contra salpicaduras químicas y vidrio roto. El cabello largo se deberá cubrir con una redecilla cuando esta cerca de la flama, pues el cabello humano es muy inflamable. La indumentaria deberá ser la adecuada para ofrecer protección contra las salpicaduras de sustancias corrosivas y obviamente no es el lugar adecuado para llevar nuestras mejores ropas.

Colocar los desechos en el contenedor adecuado y de la manera indicada por el instructor. Los desechos químicos, por razones de seguridad y protección al ambiente, no se deberán tirar en la tarja de lavabo, previa autorización del instructor del laboratorio.

Nunca trabajar solo en el laboratorio o ejecutar experimentos no autorizados. Si se considera necesario trabajar en el laboratorio fuera del horario establecido, se deberá obtener el permiso necesario y asegurar que se estará acompañado por otra persona mientras el interesado está trabajando.

Cualquier accidente serio que involucre envenamiento o daño corporal deberá ser tratado con un médico competente, pero para minimizar los efectos de tales accidentes los estudiantes y docentes deberán estar familiarizados con los procedimientos básicos de primeros auxilios. Si por desgracia ocurre un accidente que requiera tomar acciones rápidas para prevenir daños permanentes (lavados de quemaduras químicas con agua, etc.), se deberá informar al profesor de inmediato y seguir la acción apropiada según se describe a continuación.

Si ocurriese la entrada de reactivos químicos a los ojos, deberá lavarlos inmediatamente con los párpados abiertos y corriente de agua. Si utiliza lentes de contacto deberá removerlos antes de la irrigación. La irrigación deberá ser continua por lo menos durante 15 minutos y enseguida acudir al oftalmólogo para ser examinados. El uso de ácido bórico o cualquier otra solución neutralizante no se recomienda para lesiones oculares, pues en algunos casos causa más daño que cuando se irriga. Si llegarán a penetrar partículas de vidrio o de otra clase en los ojos, deberá recibir atención médica de inmediato, remover cualquier partícula de vidrio es trabajo de un especialista.

El área afectada por una quemadura con reactivos químicos deberá ser enjuagada de inmediato con agua, usando una ducha de seguridad si el área lesionada es extensa, o una llave de agua si el área es pequeña. La rapidez del lavado es el factor más importante para reducir la extensión de la lesión. El agua deberá fluir continuamente por un mínimo de 20 minutos y el área afectada se deberá cubrir con gasas esterilizadas o paño limpio. La quemadura deberá ser examinada por un médico a menos que la piel solo presente un ligero enrojecimiento y sea un área pequeña. El uso de soluciones neutralizantes, ungüentos y grasas no se recomiendan en casos como estos a menos que se indique específicamente. En estos casos el lavado con agua siempre será primero antes del uso de cualquier agente. Si la quemadura es extensa o severa, la víctima deberá acostarse con la cabeza y el

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pecho un poco más abajo que el resto del cuerpo. Si la víctima está consciente y es capaz de tragar, se le dará de beber abundantes líquidos no alcohólicos hasta llegar al médico.

Para quemaduras térmicas pequeñas, tales como las causadas por el manejo de un vidrio caliente se deberán aplicar un pedazo de gasa esterilizada mojada en solución de bicarbonato de sodio al 3% (dos cucharadas de bicarbonato en 250 mL de agua aproximadamente) sobre el área afectada y después vendarla suavemente. Si la piel no esta oscura, la parte lesionada se sumerge en agua fría pura o se le coloca un trozo de hielo con el objeto de mitigar el dolor. Las ámpulas formadas no deberán reventarse. Al final de este tratamiento, el afectado deberá acudir al médico. En el caso de una quemadura térmica extensa, el área afectada deberá ser cubierta con material de paño limpio disponible y la víctima deberá recostarse con la cabeza y el torso más abajo que el resto del cuerpo hasta la llegada del médico. Si la persona lesionada está consciente y puede deglutir se le deben suministrar abundantes líquidos no alcohólicos para beber (agua, té o café).

En el caso de abrasiones y cortes menores, la lesión y la piel de su alrededor deberán limpiarse con jabón y agua tibia, seguida de un antiséptico, seque por fuera de la lesión, coloque encima de esta una torunda y asegurarla con un vendaje suave en forma triangular o enrollado. La torunda y el vendaje deberán cambiarse tanto como sea necesario, se debe evitar el contacto de la herida con material sucio, boca o dedos para evitar una infección. En el caso de heridas mayores que involucren un sangrado mortal, no pierdan tiempo lavando o limpiando la herida, apliquen presión inmediatamente sobre la herida con una toalla o paño limpio, si es posible. Presione firmemente con una o ambas manos para reducir el sangrado tanto como sea posible. La víctima deberá recostarse con la parte sangrante lo más alto posible. Colocar el vendaje auxiliar sujetado fuertemente (puede usar una corbata o una camisa. Llamar al médico lo antes posible y mantener a la víctima caliente con una cobija o chamarra. Si el afectado esta consciente y es capaz de deglutir, déle abundantes líquidos no alcohólicos para beber.

El envenenamiento por reactivos químicos puede sospecharse siempre que después de manejarlos o ingerirlos accidentalmente, se presente dolor o sensación de quemadura en la garganta, boca, decoloración de los labios, dolores estomacales, náuseas y vómito, confusión o pérdida de la conciencia. Si el veneno es tragado deberá llamarse a la ambulancia o a un médico de inmediato y dar a la víctima de dos a cuatro vasos de agua o leche a beber. Enseguida se hará vomitar introduciendo un dedo en la parte posterior de la garganta o dándole a beber un vaso de agua tibia conteniendo dos cucharadas de sal de cocina. El vómito no se debe provocar si la victima esta inconsciente, convulsionándose o cuando el dolor es severo al igual que la sensación de ardor en la boca y garganta, tampoco si el veneno es un producto derivado del petróleo, un ácido o álcali fuerte. Cuando se produzca el vómito la víctima deberá estar boca abajo y la cabeza más abajo que las caderas continuándose hasta obtener un vómito claro. Durante este tiempo el veneno deberá ser identificado (si es posible) y administrado el antídoto. Si el veneno no pudo ser identificado y el médico no se presenta, administrar una

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cucharada del siguiente antídoto universal: En un vaso con cuatro cucharadas de agua tibia, suspenda dos partes de carbón activado, una parte de leche de magnesia y una parte de ácido tánico. Si es posible, se deberá guardar una muestra del primer vómito para ser examinada. Si el veneno ha sido inhalado, la víctima deberá tomar aire fresco y llamar inmediatamente al médico y si presenta dificultad para respirar se le debe aplicar respiración de boca a boca. La víctima deberá permanecer abrigada y quieta hasta que el auxilio profesional llegue. Si el veneno es un gas altamente tóxico, tal como cianuro o sulfuro de hidrógeno, los rescatadores deberán usar mascaras antigás para evitar el contacto con los vapores.

En caso de contaminación de la piel con sustancias tóxicas, se debe seguir el mismo procedimiento empleado para las quemaduras químicas. Se deberá usar bibliografía especializada para procedimientos específicos del uso de ciertas sustancias.

En el caso de incendio grave, la primera reacción deberá ser localizar las rutas de evacuación lo más rápido posible. Si el fuego es pequeño o dentro de un contenedor tal como un vaso o una cubeta, se extinguirá fácilmente colocando una tela mojada con agua sobre la tapa del contenedor. Si se considera conveniente se deberá recurrir al extintor del tipo adecuado (fuegos A, B, C o D) e intentar apagar el incendio apuntando el extintor a la base del fuego manteniendo una prudente distancia. Se debe estar preparado para llamar a los bomberos si el fuego se tornará incontrolable. Si el cabello o las ropas son alcanzados por el fuego de inmediato recurra a las regaderas que se encuentran en cada laboratorio o la manta anti fuego para sofocarlo.

La actividad en un laboratorio de química orgánica se puede desarrollar a tres niveles, según la cantidad de sustancia que se emplee: macro escala, mini escala y micro escala. La química a nivel micro o mini escala en el campo de la investigación y la docencia ha tenido un desarrollo muy vigoroso en las áreas de la química general y química sintética (inorgánica y orgánica) para mostrar la reactividad de diversos sistemas de interés básico, ambiental, industrial, etc. Con un gran impacto en la disminución de costos, tiempo de operación y tratamiento de residuos. Algunos fundamentos y conceptos básicos a considerar sobre la química a estos niveles son: Los experimentos se pueden llevar a cabo con cantidades de reactivo comprendidas

entre 0.005 y 0.5 g, por lo que las pesadas deben realizarse en balanzas con al menos dos cifras decimales, tres cifras decimales sería lo mejor. Téngase en cuenta que con estas cantidades una desviación de 0.1 g en un reactivo supone porcentualmente un error muy significativo en las proporciones adecuadas de los reactivos empleados.

Las cantidades de disolvente suelen estar por debajo de los 100 L y 5 mL. Por ello se deben usar pipetas, micro pipetas, dosificadores o jeringas con la graduación y precisión adecuada para cada experimento.

El material empleado requiere una adaptación a las cantidades usadas, especialmente cuando estas son inferiores a los 100 miligramos.

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Las ventajas del uso de técnicas a nivel mini y micro escala en el laboratorio son muy evidentes. Entre las más importantes podemos citar las siguientes. Reducir los costos por alumno en cada experimento. Posibilitar el aumento del número y variedad de experimentos con el mismo

presupuesto. Permitir la realización de experimentos que impliquen la utilización de reactivos

costosos. Reducir la cantidad de reactivos empleados y consecuentemente los residuos

generados. Minimizar el tiempo de reacción y experimentación, por lo que se puede dedicar

más tiempo al análisis de resultados. Optimizar el aprovechamiento de de los laboratorios. Permitir el desarrollo de nuevas técnicas. Requerimiento de un menor espacio de almacenamiento para reactivos y materiales Promover el principio de las tres “r”: reducir, reciclar y recuperar. Perfección en la formación de los alumnos, ya que los obliga a ser más cuidadosos

en todas las etapas de la experimentación.

III. Definición de residuos peligrosos y características CRETIB III.1. Residuos peligrosos. Un residuo peligroso se define como un residuo sólido, semisólido, líquido, gaseoso o combinación de los mismos, el cual debido a su cantidad, concentración, sus características físicas, químicas o infecciosas puede: 1) Causar o contribuir significativamente a incrementar la mortalidad o las enfermedades serias, irreversibles o que produzcan incapacitación. 2) Poseer un peligro sustancial o potencial para la salud humana o el ambiente cuando es tratado, almacenado, transportado o dispuesto inadecuadamente. Se identifica como residuo peligroso cualquier residuo que presenta una o más de las siguientes características (norma técnica ecológica 001/88) conocida como CRETIB. Corrosividad. La presentan aquellos residuos acuosos que tienen un pH igual o menor a 2, ó igual ó mayor a 12.5. III.2. Reactividad Características de los residuos inestables que pueden ocasionar un problema explosivo en cualquier estado del ciclo del manejo del residuo.

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III.3. Explosividad Característica de un residuo que es más sensible a golpes o fricción que el dinitro benceno. Es capaz de producir una reacción o descomposición detonante o explosiva a 25°C y una atmósfera de presión (norma técnica ecológica 001/88). Toxicidad. Característica de un residuo que en contacto con un organismo viviente, es capaz de producir la muerte, herir o en alguna forma dañar al organismo. El peligro de un residuo tóxico depende de la exposición al riesgo y la manera en la cual tal desecho se maneja (USEPA, 1998). III.4. Inflamabilidad Es la característica que presentan aquellos residuos que pudieran causar un incendio durante el transporte, almacenamiento o disposición. III.5. Biológico infeccioso Característica de los residuos que afectan a tejidos humanos o animales provenientes de laboratorio clínicos, hospitales y servicios de salud, que deben ser sometidos a medidas especiales para asegurar una disposición adecuada. III.6. Riesgos Químicos Ninguna sustancia se debe considerar como libre de riesgo en primera instancia, cualquier sustancia desconocida se debe juzgar como inflamable y tóxica a menos que la información definida todo lo contrario aún entonces, tal información puede ser errónea, pues algunos reactivos químicos se consideraron durante años como inocuos y actualmente como agentes consanguíneos. El mejor de los consejos es: Precaución en el manejo de reactivos y reducir la exposición a ellos.

IV. Tipos de Incendio y Extintores de Fuego

No todos los incendios son iguales. Los combustibles son diferentes. El uso del extintor inadecuado puede incrementar la intensidad del fuego en lugar de resolver el problema. Los incendios se clasifican de acuerdo al material que originó. Clase A: papel, madera, textiles, etc. Se pueden utilizar extintores de espuma, bombas de agua, casi todo tipo de extintor. Clase B: Aceites, grasas, disolventes orgánicos, pinturas, etc. Usar extintor de bióxido de carbono o polvo químico seco.

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Clase C: Material eléctrico ¡NO SE USA AGUA! Se convertiría en parte del circuito eléctrico y usted corre el riesgo de electrocutarse. Solo se extintores de bióxido de carbono o polvo químico seco. Clase D: Sodio, plástico, magnesia, litio, circonio y todos los hidruros de los metales. Use cloruro de sodio, arena seca o grafito.

V. Clasificación de productos químicos según la norma NFPA 704

La NFPA (National Fire Protection Association), una entidad internacional voluntaria creada para promover la protección y prevención contra el fuego, es ampliamente conocida por sus estándares (National Fire Codes), a través de los cuales recomienda prácticas seguras desarrolladas por personal experto en el control de incendios. La norma NFPA 704 es el código que explica el diamante del fuego, utilizado para comunicar los peligros de los materiales peligrosos. Es importante tener en cuenta que el uso responsable de este diamante o rombo en la industria implica que todo el personal conozca tanto los criterios de clasificación como el significado de cada número sobre cada color. Así mismo, no es aconsejable clasificar los productos químicos por cuenta propia sin la completa seguridad con respecto al manejo de las variables involucradas. A continuación se presenta un breve resumen de los aspectos más importantes del diamante. La norma NFPA 704 pretende a través de un rombo seccionado en cuatro partes de diferentes colores, indicar los grados de peligrosidad de la sustancia a clasificar. El diagrama del rombo se presenta a continuación:

ROJO: Con este color se indican los riesgos a la inflamabilidad. AZUL: Con este color se indican los riesgos a la salud. AMARILLO: Con este color se indican los riesgos por reactividad (inestabilidad). BLANCO: en esta casilla se harán las indicaciones especiales para algunos productos. Como producto oxidante corrosivo, reactivo con agua o radiactivo. Dentro de cada recuadro se indicaran los niveles de peligrosidad, los cuales se identifican con una escala numérica, así.

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AZUL-SALUD ROJO-INFLAMABILIDAD AMARILLO-REACTIVIDAD

4 Sustancias con una muy corta exposición pueden causar la muerte o daño permanente aún en caso de atención médica inmediata. Ejemplo. Ácido fluorhídrico

Materiales que se volatilizan rápido o completamente a la temperatura y presión atmosférica ambiental, o que se dispersen y se quemen fácilmente en el aire. Ejemplo. Acetaldehído

Materiales que por sí mismos son capaces de explotar o detonar, o de reacciones explosivas a temperatura y presión normales. Ejemplo. Nitroglicerina

3 Materiales que bajo una corta exposición pueden causar daños temporales o permanentes aunque se dé pronta atención médica. Ejemplo. Hidróxido de potasio.

Líquidos y sólidos que pueden encenderse en casi todas las condiciones de temperatura ambiental. Ejemplo. Estireno

Materiales que por sí mismos son capaces de detonación o de reacción explosiva que requiere de un fuerte agente iniciador o que debe de calentarse en confinamiento antes de ignición, o que reaccionan explosivamente con agua. Ejemplo. Dinitroanilina.

2 Materiales que bajo su exposición intensa o continúa puede causar incapacidad temporal o posibles daños permanentes, a menos que se dé tratamiento médico rápido. Ejemplo. Trietanolamina.

Materiales que deben calentarse moderadamente o exponerse a temperaturas altas antes de que ocurra la ignición. Ejemplo. Orto cresol

Materiales inestables que están listos a sufrir cambios químicos violentos pero que no detonan. También debe incluir aquellos materiales que reaccionan violentamente al contacto con el agua o que pueden formar mezclas potencialmente explosivas con agua. Ejemplo. Ácido sulfúrico.

1 Materiales que bajo su exposición causan irritación pero solo daños residuales menores aún en ausencia de tratamiento médico. Ejemplo. Glicerina

Materiales que deben precalentarse antes de que ocurra la ignición. Ejemplo. Aceite de palma.

Materiales que de por sí son normalmente estables, pero que pueden llegar a ser inestables sometidos a presiones y temperaturas elevadas, o que pueden reaccionar en contacto con el agua, con alguna liberación de energía, aunque no en una forma violenta. Ácido nítrico.

0 Materiales que bajo su exposición en condiciones de incendio no ofrecen otro peligro que el de material combustible ordinario. Ejemplo. Hidrógeno*.

Materiales que no se queman. Ejemplo. Ácido clorhídrico.

Materiales que de por sí son normalmente estables aún en condiciones de incendio y que no reaccionan con el agua. Ejemplo. Cloruro de bario

* La interpretación de los ejemplos debe ser muy cuidadosa, puesto que el hidrógeno puede no ser peligroso para la salud pero si extremadamente reactivo y extremadamente inflamable; casos similares pueden presentarse con los demás productos químicos mencionados. Los símbolos especiales que pueden incluirse en el

recuadro blanco son: OXI. Agente oxidante; COR. Agente corrosivo. . Reacción

violenta con el agua. . Radioactividad.

FUENTE: 1. NFPA, “NATIONAL FIRE CODES”, NFPA 704, Edición electrónica, 2002. 2. CCOHS, Data Bases on CD-ROM, CHEMINFO, 2002-4.

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VI. UNIDADES DE COMPETENCIA1

SESIÓN

UNIDAD QUE COMPETE A LA TEORÍA

COMPETENCIA

Sesión1: Encuadre Señalar el propósito de la unidad de aprendizaje y explicar la relación de esta con el currículo, además del sistema de enseñanza, y por último, analizar el contenido y la forma de evaluar el proceso educativo.

Sesión 2: Obtención de ácido benzoico

Unidad 1. Ácidos carboxílicos: síntesis de ácidos carboxílicos

Manejo de equipos e instrumentos de uso común en el laboratorio.

Sesión 3: Obtención de benzoato de fenilo

Unidad 2. Derivados del ácido carboxílico: Síntesis de ésteres

Manejo de equipos e instrumentos de uso común en el laboratorio.

Sesión 4: Síntesis de aspirina

Unidad 2. Derivados del ácido carboxílico: Reacciones de Anhídridos de ácido

Conocimiento de los tópicos de la ingeniería química (balances de materia y energía, termodinámica, reacciones químicas, etc.)

Sesión 5: Saponificación de grasas: obtención de un jabón

Unidad 2. Derivados del ácido carboxílico: Ésteres y su reacción de hidrólisis básica

Manejo de equipos e instrumentos de uso común en el laboratorio.

Sesión 6: Identificación de aminas

Unidad 3. Aminas: Identificación

Manejo de equipos e instrumentos de uso común en el laboratorio.

Sesión 7: Obtención de un analgésico y antipirético

Unidad 3. Aminas: reacciones con anhídridos

Conocimiento de los tópicos de la ingeniería química (balances de materia y energía, termodinámica, reacciones químicas, etc.)

Sesión 8: Obtención de ácido sulfanílico

Unidad 3. Aminas: reacciones de anillo aromático

Conocimiento de los tópicos de la ingeniería química (balances de materia y energía, termodinámica, reacciones químicas, etc.

1Es una actividad de tipo profesional que se realiza en un entorno específico, identifica las competencias requeridas para un trabajo y reflejan las mayores habilidades o roles.

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SESIÓN

UNIDAD QUE COMPETE A LA TEORÍA

COMPETENCIA

Sesión 9: Síntesis de colorantes y teñido de fibras

Unidad 3. Aminas: reacciones de diazoación

Conocimiento de los tópicos de la ingeniería química (balances de materia y energía, termodinámica, reacciones químicas, etc.)

Sesión 10: Obtención del disulfuro de difenilo

Unidad 4. Compuestos representativos de fósforo y azufre: Reacciones de oxidación de tioles

Conocimiento de los tópicos de la ingeniería química (balances de materia y energía, termodinámica, reacciones químicas, etc.)

Sesión 11: Síntesis de polímeros poliestireno vía radicales libres

Unidad 5. Polímeros: Síntesis por una reacción en cadena

Conocimiento de los tópicos de la ingeniería química (balances de materia y energía, termodinámica, reacciones químicas, etc.)

Sesión 12: Síntesis de un poliéster y una resina, como ejemplificación de polimerización por etapas

Unidad 5. Polímeros: Síntesis de polímeros mediante un mecanismo por etapas

Conocimiento de los tópicos de la ingeniería química (balances de materia y energía, termodinámica, reacciones químicas, etc.)

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ESTRATEGIA DIDÁCTICA DE LAS SESIONES DE LABORATORIO

SESIÓN 1

“ENCUADRE” 1.1. OBJETIVO: Señalar el propósito de la unidad de aprendizaje y explicar la relación de esta con el currículo, además del sistema de enseñanza, y por último, analizar el contenido y la forma de evaluar el proceso educativo.

SESIÓN 2

“OBTENCIÓN DE UN ÁCIDO CARBOXÍLICO: ÁCIDO BENZOICO”

2.1. OBJETIVO: Ejemplificar a través de la reacción de Cannizzaro, la oxidación-reducción de dos

moles de aldehído que no contienen hidrógenos , para obtener ácido benzoico y alcohol bencílico. 2.2. MARCO DE REFERENCIA Ciertos aldehídos, cuando se tratan con hidróxido de sodio o de potasio, se transforman en cantidades iguales del anión carboxilato y el alcohol correspondiente. Este proceso se conoce como reacción de Cannízaro. Esta reacción funciona solo con

aldehídos que carecen de átomos de hidrógeno (como el benzaldehído) los cuales son ácidos y por consecuencia son abstraídos por el ion hidróxido (una base) para generar un enolato. En lugar de esto, el ion hidróxido se adiciona al carbono carbonílico expulsando un ion hidruro. La simple pérdida de un ion hidruro no es posible debido a la alta inestabilidad de ese ion en virtud de su carga concentrada en un átomo pequeño y no electronegativo. Sin embargo, el hidruro se transfiere simultáneamente conforme es expulsado, a un electrófilo, en este caso otra molécula de benzaldehído. Así pues, a medida que el grupo carbonilo se forma de nuevo a partir del intermediario tetraédrico, se transfiere el hidruro a una segunda molécula de la materia prima formando un ácido carboxílico y un ion alcóxido. La transferencia de un protón entre estos productos, genera un ion carboxilato y un alcohol neutro. Este mecanismo de transferencia de hidruro da por resultado la oxidación del aldehído que sufrió inicialmente el ataque del ion hidróxido, y la reducción del grupo aldehído al cual se transfirió el hidruro.

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La conversión de dos moléculas de benzaldehído en una molécula de ácido carboxílico y una de alcohol, inducida por el ion hidróxido, se le conoce como reacción de desproporción. Esto es, una reacción en la cual una especie de nivel e oxidación intermedio (el aldehído) se oxida (a un ácido carboxílico) y se reduce (a un alcohol) al mismo tiempo.

MATERIAL REACTIVOS EQUIPO

1 Matraz Erlenmeyer de 25 mL Benzaldehído Equipo a microescala o corning

2 Pipetas Pasteur con microperilla

Hidróxido de potasio Piedras de ebullición o agitador magnético

1 Matraz Kitasato de 25 mL Ácido clorhídrico concentrado Placa de agitación y calentamiento

3 Tubos de ensaye de 15 mL Éter etílico Bomba de recirculación de agua

Manguera de hule látex para vacío

Sulfato de sodio anhidro Cubeta de plástico de 20 L

Vidrio de reloj Agua destilada Aparato de Fisher Johns

Embudo Hirsch con papel filtro

Hielo

Agitador de vidrio

2.3. PROCEDIMIENTO: En un matraz redondo de 10 mL se disuelven 600 mg de KOH en 3 mL de agua. Enseguida se adiciona 1 ml de benzaldehído. La mezcla se calienta a reflujo* con agitación, el tiempo necesario para agotar la materia prima, la cual se monitorea cada 15 min por cromatografía en capa fina (ccf). La emulsión debe ser uniforme, por lo que se puede agregar agua en caso necesario. Una vez agotada la materia, se deja enfriar y en caso de formarse un precipitado de benzoato de potasio, se agrega el agua necesaria para disolverlo. La mezcla se traspasa a un tubo, el matraz de reacción se lava con 2-3 mL de éter y se traspasa al tubo, el cual se agita con cuidado. Las fases se separan con una pipeta Pasteur; la parte etérea o superior se guarda en un tubo de ensaye. La fase acuosa se vuelve a lavar con otra porción de 2-3 mL de éter, se separa y se junta con la porción anterior. Se añade a ésta, sulfato de sodio anhidro, se filtra en embudo de vidrio. Para aislar el ácido benzoico, la fase acuosa se vierte en un matraz Erlenmeyer que contenga un trozo de hielo. Con cuidado se adiciona HCl hasta pH menor a 3 para precipitar el ácido benzoico, el cual se filtra y se seca a vacío. Determinar el

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rendimiento y el punto de fusión. Si éste tuviera un intervalo de fusión mayor de 4°C, recristalizar de agua caliente. Los residuos generados durante la realización de esta sesión de laboratorio deberán ser clasificados de acuerdo a la tabla que se muestra en el Anexo No. 1.

Diagramas de: 1) Extracción a reflujo; extracción a reflujo con adición; 2) filtración a vacío 2.4. CUESTIONARIO 1) Mencione el fundamento teórico de la extracción como una técnica de separación

empleada en el laboratorio. 2) ¿Cuál es el fundamento de la reacción de Cannizzaro? 3) Escriba la reacción general y desarrolle el mecanismo de reacción para la obtención

de alcohol bencílico y ácido benzoico a partir del benzaldehído. 4) ¿Cuál es la cantidad máxima que podría obtenerse del producto? 5) Determine el rendimiento porcentual de la reacción llevada a cabo, en relación al

ácido benzoico. 6) ¿En qué frasco se deberán depositar cada uno de los residuos generados y por qué? 7) Indique cuáles de los siguientes compuestos sufre una reacción de Cannizzaro. Si la

reacción es posible, escriba las estructuras que correspondan a los productos esperados.

a)H

O

b) H

O

c)

O

H

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SESIÓN 3

“OBTENCIÓN DE BENZOATO DE FENILO” 3.1. OBJETIVO Obtener el benzoato de de fenilo, sustancia empleada en la fabricación de cosméticos, conservador de alimentos y disolvente; a partir de la esterificación del cloruro de benzoilo y el fenol. 3.2. MARCO DE REFERENCIA La reacción entre un cloruro de acilo y un alcohol, produce un éster. Cuando un cloruro de acilo aromático es uno de los reactivos, suele agregarse una base para eliminar el ácido clorhídrico a medida que se forma. La base generalmente es una solución de hidróxido de sodio diluido, o alguna amina terciaria tal como la trietilamina o la piridina las cuáles son bases orgánicas suaves, en comparación con los hidróxidos orgánicos. Tal procedimiento se le conoce como el método de esterificación de Schotten-Baumann.

MATERIAL REACTIVOS EQUIPO

Equipo a microescala Fenol Cuba hidroneumática

Matraz Erlenmeyer de 25 mL

Solución de NaOH al 10% Bomba de recirculación

Vaso de precipitados de 100 mL

Cloruro de benzoilo Placa de agitación y calentamiento

Matraz Kitasato de 25 mL Etanol Cubeta de plástico de 20 L

Matraz Erlenmeyer de 100 mL con tapón de corcho

Agua destilada Piedras de ebullición o agitador magnético

Embudo Hirsch con papel filtro

Aparato de Fisher Johns

Vidrio de reloj

Manguera de hule látex para vacío

3.3. PROCEDIMIENTO En un matraz Erlenmeyer de 100 mL, disuelva 0.5 g de fenol en 7 mL de una solución de hidróxido de sodio al 10%. Adicione 1 mL de cloruro de benzoilo, tape el matraz con un tapón y agite la mezcla de reacción por 15 minutos mediante agitación magnética, quitando de vez en cuando el tapón para evitar que se eleve la presión. Al final de este periodo debe notarse la presencia de un precipitado blanco el cual se

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filtra, se lava con agua y se seca al vacío. Recristalice el producto de etanol solo si el punto de ebullición esta en un intervalo mayor de 4°C.

PRECAUCIÓN: El cloruro de benzoilo es corrosivo y lacrimógeno. Usar la campana de extracción y evitar el contacto Con ojos y piel.

Los residuos generados durante la realización de esta sesión de laboratorio deberán ser clasificados de acuerdo a la tabla que se muestra en el Anexo No. 1. 3.4. CUESTIONARIO 1) Explique la reacción de Schotten - Baumann a través del modelo de los mecanismos

de reacción. 2) ¿Cuál es la diferencia entre la reacción de esterificación de Fisher y la Reacción de

Schotten–Baumann? 3) Que grupo(s) funcional(es) orgánico(s) puede(n) ser identificado(s) a través de esta

reacción de acilación en medio ácido. 4) ¿Qué otro nombre recibe esta reacción por el hecho de usar cloruro de benzoílo? 5) Mencione tres aplicaciones o usos importantes del benzoato de fenilo. 6) Mencione la importancia de la reacción de Schotten-Baumann para la obtención de

ésteres con aplicaciones importantes. 7) Escriba la reacción general y determine el rendimiento de la reacción. 8) Calcule el rendimiento porcentual de eficiencia de la reacción. 9) ¿En qué frasco se deberán depositar cada uno de los residuos generados y por qué?

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SESIÓN 4

“SÍNTESIS DE ASPIRINA” 4.1. OBJETIVO Estudiar la acción de tres catalizadores en la acetilación del grupo oxhidrilo del ácido salicílico dada la importancia del producto como analgésico y antipirético de uso frecuente en medicina. 4.2. MARCO DE REFERENCIA Un anhídrido de ácido es similar a un cloruro de ácido en cuanto a reactividad. Procede de la deshidratación de dos equivalentes de un ácido carboxílico:

R OH

O2

- H2O

R O

O

R

O

Los anhídridos alifáticos se preparan con más dificultad que los cloruros de ácido correspondientes. El anhídrido acético es uno de los pocos que están disponibles en el comercio. La dificultad para preparar anhídridos se debe al fuerte carácter exotérmico de la hidrólisis de un enlace de anhídrido. Particularmente, el anhídrido acético se utiliza como grupo protector de alcoholes o aminas, en síntesis orgánica tal como ocurre en la producción industrial de paracetamol y aspirina, ambos son fármacos muy usados en nuestro país. La aspirina que se encuentra en la corteza del sauce y en las hojas de mirto, es una de las drogas más antiguas y de uso común. Ya en el siglo V A.C., Hipócrates descubrió los poderes curativos de la corteza de sauce. Aún así no se descubrió el modo de acción de la aspirina sino hasta 1971, cuando John Vane encontró que la actividad antiinflamatoria y antifebril de la aspirina y unos compuestos relacionados llamados NSAID (de non-steroidal anti-inflammatory agents, agentes antiinflamatorios no esteroideos) se debían a una reacción de transesterificación que bloquea la síntesis de prostaglandinas. Las prostaglandinas desempeñan varias funciones biológicas diferentes, de las cuales una es estimular la inflamación y otra reducir la fiebre. La enzima sintasa de prostaglandina cataliza la conversión del ácido araquidónico en PGH2, un precursor de las prostaglandinas, y los tromboxanos relacionados. Los tromboxanos estimulan el agregamiento de las plaquetas. Debido a que la aspirina inhibe la formación de PGH2, inhibe la formación de tromboxano y en consecuencia la agregación de plaquetas. Es posible que esa sea la reacción por la que se ha informado que bajos niveles de aspirina reducen la incidencia de ataque cardíacos causados por

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la formación de coágulos sanguíneos. La actividad anticoagulante de la aspirina es la causa por la que los médicos indican no tomar aspirina durante varios días antes de una intervención quirúrgica.

MATERIAL REACTIVOS EQUIPO

3 Tubos de ensayo de 13 x 100 mm Acido salicílico

1 Matraz Erlenmeyer de 50 mL Anhídrido acético

Varilla de vidrio Acetato de sodio

Embudo büchner Piridina

Matraz de kitasato Ácido sulfúrico

Manguera de hule látex Hielo

4.3. PROCEDIMIENTO: Distribuya por partes iguales 3 gramos de ácido salicílico en tres tubos de ensayo de 13 x 100 mm. Añada a cada tubo 2 mL de anhídrido acético. Al primer tubo añádale 0.2 g de acetato de sodio anhidro, anote la hora, agite con un termómetro y registre el tiempo transcurrido hasta que la temperatura aumente 4°C y aproximadamente la cantidad de sólido disuelto. Después, continúe agitando ocasionalmente con una varilla de vidrio mientras inicia la siguiente acetilación. Limpie el termómetro, colóquelo dentro del segundo tubo, añada 5 gotitas (use un micro gotero) de piridina, agite observe qué tiempo transcurre hasta que aumente 4°C la temperatura, anote también que cantidad de sólido queda en ese tubo. Añada 5 gotas de ácido sulfúrico al tercer tubo, agite con el termómetro y observe el tiempo que tarda la temperatura en aumentar 4°C. Tabule los resultados, ordenando los catalizadores de acuerdo con su actividad. Caliente los tres tubos en baño María durante 5 a 10 minutos, hasta que se disuelva todo el sólido y se complete la reacción. Después por separado vierta la solución de cada uno de los tubos en un matraz Erlenmeyer de 50 mL conteniendo 17 mL de agua y lave los tubos con agua. Agite para acelerar la hidrólisis del exceso de anhídrido acético, y luego enfríe en baño de hielo, raspe el matraz y recoja el sólido cristalino de cada uno de los matraces, en un embudo Büchner de 4,5 cm y con succión, lávelo con agua y séquelo. Determine el punto de fusión y el rendimiento de los cristales obtenidos en cada uno de los ensayos. Ensaye la solubilidad de una muestra en agua caliente y observe las peculiares características de la solución acuosa al enfriarse y cuando se raspan las paredes del tubo con una varilla de vidrio.

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Los residuos generados durante la realización de esta sesión de laboratorio deberán ser clasificados de acuerdo a la tabla que se muestra en el Anexo No. 1. 4.4. CUESTIONARIO 1) Escriba la reacción general de obtención de la aspirina y desarrolle el mecanismo

de reacción llevado a cabo. 2) Determine el rendimiento de la reacción llevada a cabo en cada uno de los

diferentes tubos. 3) ¿Cuáles fueron las condiciones de reacción óptimas para la obtención de la aspirina? 4) investigue la reacción que se lleva acabo entre la aspirina y la ciclo oxigenasa

logrando así inhibir la producción de prostaglandinas. 5) ¿Qué son las prostaglandinas, y cuáles son sus principales funciones biológicas en el

organismo humano? 6) ¿Cómo se obtiene el ácido acetil salicílico a nivel industrial? 7) ¿En qué frasco se deberán depositar cada uno de los residuos generados y por qué?

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SESIÓN 5

“SAPONIFICACIÓN DE GRASAS: OBTENCIÓN DE UN JABÓN” 5.1. OBJETIVO: Obtener un jabón como resultado de la hidrólisis básica de un aceite vegetal en el laboratorio, destacando la importancia de esta reacción y sus productos en la industria cosmética, gastronomía y en la fabricación de biodiesel entre otras aplicaciones. 5.2. MARCO DE REFERENCIA. Las grasas y aceites utilizados son compuestos de glicerina y un ácido graso, como el ácido palmítico o el esteárico. Cuando estos compuestos se tratan con una solución acuosa de un álcali, como el hidróxido de sodio, en un proceso denominado saponificación, se descomponen formando la glicerina y la sal de sodio de los ácidos grasos. La palmitina, por ejemplo, que es el éster de la glicerina y el ácido palmítico, produce tras la saponificación palmitato de sodio (jabón) y glicerina. Los ácidos grasos que se requieren para la fabricación de jabón se obtienen de los aceites de sebo, grasa y pescado, mientras que los aceites vegetales se obtienen por ejemplo, del aceite de coco, de oliva de palma, de soya o de maíz. Los jabones duros se fabrican con aceites y grasas que contienen un elevado porcentaje de ácidos saturados, que se saponifican con el hidróxido de sodio. Los jabones blandos son jabones semifluidos que se producen con aceite de lino, aceite de semilla de algodón y aceite de pescado, los cuales se saponifican con hidróxido de potasio. El sebo que se emplea en la fabricación de jabón es de distinta calidad, desde la más baja del sebo obtenido de los desperdicios (utilizada en jabones baratos) hasta sebos comestibles que se usan para jabones finos de tocador. Si se utiliza sólo sebo, se consigue un jabón que es demasiado duro e insoluble para proporcionar la espuma suficiente, y es necesario, por tanto, mezclarlo con aceite de coco. Si se emplea únicamente aceite de coco, se obtiene un jabón demasiado insoluble para usarlo con agua; sin embargo, hace espuma con el agua salada, por lo que se usa como jabón marino. Los jabones transparentes contienen normalmente aceite de ricino, aceite de coco de alto grado y sebo. El jabón fino de tocador que se fabrica con aceite de oliva de alto grado de acidez, que se conoce como jabón de castilla. El jabón para afeitar o rasurar es un jabón ligero de potasio y sodio, que contiene ácido esteárico y proporciona una espuma duradera. La crema de afeitar es una pasta que se produce mediante la combinación de jabón de afeitar y aceite de coco. La mayoría de los jabones eliminan la grasa y otras suciedades debido a que algunos de sus componentes son agentes activos en superficie, o agentes tenso activos. Estos agentes tienen una estructura molecular que actúa como un enlace entre el agua y las partículas de grasa, soltando las partículas de las fibras subyacentes o de cualquier otra superficie que se limpie. La molécula produce este efecto porque uno de sus

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extremos es hidrófilo (atrae el agua) y el otro es hidrófobo (atraído por las sustancias no solubles en agua). El extremo hidrofílico es similar en su estructura a las sales solubles en agua. La parte hidrófoba de la molécula está formada por lo general por una cadena de hidrocarburos, que es similar en su estructura al aceite y a muchas grasas. El resultado global de esta peculiar estructura permite al jabón reducir la tensión superficial del agua (incrementando la humectación), adherir y hacer solubles en agua sustancias que normalmente no lo son. El jabón en polvo es una mezcla hidratada de jabón y carbonato de sodio. El jabón líquido es una solución de jabón blando de potasio disuelto en agua. A finales de la década de 1960, debido al aumento de la preocupación por la contaminación del agua, se puso en entredicho la inclusión de compuestos químicos dañinos, como los fosfatos, en los detergentes. En su lugar se usan mayoritariamente agentes biodegradables, que se eliminan con facilidad y pueden ser asimilados por algunas bacterias.

MATERIAL REACTIVOS EQUIPO

Vaso de precipitados de 500 mL Aceite de coco, de palma, de soya o de maíz.

Recipiente para baño María

Vaso de precipitados de 50 mL Cloruro de sodio Soporte metálico con pinzas de dos dedos

Matraz Kitasato con embudo Hirsch

Hidróxido de potasio Manguera para vacío

Vidrio de reloj Disolución de cloruro de calcio al 10%

Piedras de ebullición o agitador magnético

5 tubos de ensayo de 15 a 20 mL con tapón

Agua destilada

Agitador de vidrio

Papel filtro

5.3. PROCEDIMIENTO En un vaso de precipitados de 50 mL pese 1.5 g de la materia prima que vaya a emplear en la realización de la práctica y caliente a baño María*. Agregue, con agitación manual y constante, 1.3 g de hidróxido de potasio disuelto en 2 mL de agua. Terminada la adición, continúe calentando durante 60 minutos. Al cabo de este tiempo, añada 25 mL de agua en ebullición, agitando hasta que flote en la superficie de la masa aceitosa de color café (no necesariamente). Deje enfriar la suspensión, filtre al vacío y deje secar por 20 minutos. Separe 3 mL de la solución de jabón para los siguientes experimentos. 1. A 1.0 mL de la solución, agregue 1.0 g de sal y observe la separación de un jabón

por efecto del salado. Explique los resultados en el informe.

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2. Vierta 0.5 mL de la solución en un tubo de ensayo con tapón y agite vigorosamente. Déjelo reposar y observe el tiempo que tarda en desaparecer la espuma.

3. A los 1.5 mL restantes, añádale 0.5 mL de una solución al 10% de CaCl2. Agite la mezcla y observe si se forma espuma. Continúe adicionando CaCl2 hasta que ya no se forme más espuma. La masa sólida formada, séquela suavemente entre dos hojas de papel filtro. Funda la mezcla en un tubo de ensayo y decántela sobre un molde para separar el agua que pudiera haber quedado atrapada. *

PRECAUCIÓN: El KOH es extremadamente corrosivo, por lo que debe manipularse con guantes y después lavar éstos y las manos con suficiente agua y jabón.

Los residuos generados durante la realización de esta sesión de laboratorio deberán de ser clasificados de acuerdo a la tabla que se muestra en el Anexo Número 1. 5.4. CUESTIONARIO 1) ¿Cuál es la composición química del aceite de coco, manteca de cerdo y manteca

vegetal? 2) En base al modelo de los mecanismos de reacción explique la saponificación de una

grasa mediante una catálisis ácida y básica. 2) Explique la diferencia(s) estructural(es), entre una grasa y un aceite. 3) Mencione la importancia del glicerol obtenido en la saponificación de una grasa. 4) Explique las diferencias estructurales entre un jabón y un detergente. 5) Mencione las diferencias entre los detergentes biodegradables y los no degradables,

y que se está realizando actualmente para la preservación del ambiente. 6) Investigar una técnica de laboratorio para producir un jabón de lujo. 7) Explique el concepto de dureza del agua. 8) Como se puede eliminar la dureza del agua a nivel de laboratorio e industrialmente. 9) Escriba la reacción general llevada a cabo en el laboratorio, de acuerdo a la

materia prima empleada. 10) En base a la reacción general y a la cantidad de materia prima empleada,

determine la cantidad de jabón y glicerol obtenido. 11) ¿En qué frasco se deberán depositar cada uno de los residuos generados y por qué?

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SESIÓN 6

“IDENTIFICACIÓN DE AMINAS” 6.1. OBJETIVO Distinguir las aminas primarias, secundarias y terciarias, empleando en el laboratorio algunas pruebas características de este grupo funcional orgánico, como son las reacciones con: cloruro de bencénsulfonilo, ácido nitroso y cloruros de acilo, observando además las diferentes velocidades de reacción. 6.2. MARCO DE REFERENCIA. Las aminas, son derivados orgánicos del amoniaco en el que los hidrógenos pueden ser sustituidos por grupos alquilo o arilo. Los enlaces de las aminas son análogos a los del amoniaco: un átomo de nitrógeno con hibridación sp3 se enlaza mediante enlaces sigma grupos arilo o alquilo, quedando un par de electrones no compartidos en el orbital sp3 restante. Las aminas se encuentran ampliamente distribuidas en plantas y animales, y muchas de ellas poseen actividad fisiológica. Por ejemplo, dos de los estimulantes naturales del sistema nervioso simpático son la norepinefrina y la epinefrina (adrenalina).

Ambas son -fenil etil aminas. Existen otros compuestos a los que se le denomina aminas simpaticomiméticas debido a que, en cierta medida, imitan la acción fisiológica de la norepinefrina y la epinefrina.

NH2

OH

HO

HO

NHCH3

OH

HO

HONorepinefrinaEpinefrina(adrenalina)

Antes de la Era Cristiana, en China se extraía la efedrina de la planta ma-huang y se usaba como fármaco. Actualmente se utiliza como descongestionante activo en las medicinas contra el resfriado, ya que produce una contracción de las membranas nasales dilatadas e inhibe las secreciones nasales. Una sobredosis causa insomnio y nerviosismo. La mezcalina, es un alucinógeno extraído del peyote mexicano, utilizado en las ceremonias religiosas nativas. Otra amina simpaticomimética es la anfetamina que actúa como estimulante sintético que produce insomnio y nerviosismo, en ocasiones se receta como tratamiento para la obesidad, pues también actúa como depresor del apetito. Al igual que muchas aminas simpaticomiméticas, la anfetamina contiene un carbono quiral y tiene un par de enantiómeros. El isómero más activo de la anfetamina (dextrógiro) se le llama dexedrina.

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NHCH3

OH

NH2H3CO

H3CO

CH3

EFEDRINA(descongestionante)

OCH3

MEZCALINA(alucinógeno)

NH2

CH3

ANFETAMINA (estimulante)

* *

*

El asterisco* indica un carbono quiral, lo que ocasiona enantiómeros. Por otro lado, los enlaces de las aminas son completamente análogos a los del amoniaco, un átomo de nitrógeno sp3 se enlaza mediante enlaces sigma a otros tres átomos o grupos alquilo, quedando un par de electrones no compartidos en el orbital sp3 restante.

MATERIAL REACTIVOS EQUIPO

5-7 Tubos de ensaye de 20 mL Agua destilada Baño de aceite o de arena

Gotero Nitrito de sodio Equipo Fisher Johns

3-5 Pipetas de 5 mL Cloruro de p-toluensulfonilo

1 Pipeta de 2 ml Solución de NaOH al 10%

2 Pipetas de 1 mL Solución de HCl al 10%

Termómetro Ácido clorhídrico concentrado

Pizeta Anilina

Probeta de 10 mL N-metil anilina

Matraz Kitasato de 50 mL N, N-dimetil anilina

Embudo Hirsch y papel filtro Éter etílico

Solución de sulfato de cobre (II) al 10%

Papel almidón

Hielo

Bicarbonato de sodio

Éter de petróleo o benceno

6.3. PROCEDIMIENTO. 1) Prueba del ion Cu (II) para detectar la presencia de aminas. Agregue 10 mg o una gota del compuesto desconocido a 10 mL de una solución de sulfato de cobre (II) al 2.5 %. Una coloración azul verdosa o la presencia de un

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precipitado indicarán la existencia de una amina. Esta prueba también es positiva para el amoniaco. 2) Prueba de Hinsberg. En un tubo de ensaye coloque 0.1 mL o 50 mg de amina, 0.2 g (0.2 mL) de cloruro de p-Toluensulfonilo y 3 mL de solución de NaOH al 10%. Tape el tubo y agite de 3 a 5 minutos, destape y caliente agitando durante 1 minuto. Si no ocurre ninguna reacción la sustancia es probablemente una amina terciaria. Si se forma un precipitado en medio alcalino, diluya la mezcla de reacción con 5 mL de agua y agite; si el precipitado no se disuelve, una sulfonamida N, N- di sustituida indica la presencia de una amina secundaria. Si la solución es clara, acidifique cautelosamente con una gota de HCl. Un precipitado de sulfonamida N-sustituida indica la presencia de una amina primaria. 3) Prueba del ácido nitroso. a) Aminas primarias: Disolver 0.3 mL (0.3 g) de anilina (o la cantidad equivalente de cualquier otra amina) en 2 mL de HCl concentrado y 2 mL de agua, enfriar la solución a una temperatura entre 0 y 5°C. Agregar lentamente (gota a gota) una solución fría de 1 g de nitrito de sodio en 5 mL de agua, agitando después de cada adición. Deje reposar de 3 a 4 minutos. Se obtiene una prueba positiva para ácido nitroso si diluyendo una gota de esta solución con 4 o 5 gotas de agua y aplicándola en papel de almidón-yodo se obtiene inmediatamente una coloración azul. b) Aminas secundarias: Disolver 0.5 g de la amina primaria en 3 mL de HCl 2N o alcohol enfriar a 5°C y añadir 3 mL de solución de nitrito de sodio (NaNO2) al 10%, dejando reposar 3 minutos. Transferir a un pequeño embudo de separación y extraer el aceite con 10 mL de éter. Lavar el extracto etéreo sucesivamente con agua, solución de NaOH diluido y agua. Evaporar el éter en baño María (precaución). Efectuar la prueba de Lieberman en el residuo. Colocar 1 gota o 10 a 20 mg del compuesto nitroso en un tubo seco, añadir 0.05 g de fenol y calentar por 20 segundos, enfriar y añadir 1 mL de ácido sulfúrico concentrado. Se desarrolla un intenso color verde o azul verde que cambia a rojo pálido después de agregar 15 a 20 mL de agua fría. El color se vuelve azul oscuro a verde después de añadir un exceso de NaOH. c) Aminas terciarias: Disolver 500 mg de N, N-dimetil anilina en 5 mL de HCl diluido (1:1), enfriar a 0°C y añadir lentamente y con agitación, una solución de 0.3 g de nitrito de sodio (NaNO2) en 2 mL de agua. Después de 20 a 30 minutos, filtrar el precipitado amarillo de clorhidrato y lavar con un poco de HCl diluido. Disolver el precipitado con un mínimo volumen de agua, agregar una solución de Na2CO3 o NaOH para descomponer el clorhidrato (hasta que el medio sea alcalino) y extraer la base libre con éter. Evaporar el éter y recristalizar la p-nitroso dimetil anilina verdosa de

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ciclo hexano, éter de petróleo o de benceno. El compuesto puro funde a 85°C. Los derivados p-nitroso no dan positiva la reacción de Liebermann.

PRECAUCIÓN. Todas las anilinas son cancerígenas (consultar su hoja de seguridad). Evitar el contacto con la piel y la inhalación de vapores.

Los residuos generados durante la realización de esta sesión de laboratorio deberán de ser clasificados de acuerdo a la tabla que se muestra en el Anexo No. 1. 6.4. CUESTIONARIO 1) ¿Cuál es la importancia de las aminas aromáticas en la industria de los colorantes? 2) Escriba las reacciones que se llevan a cabo en cada uno de los ensayos químicos

realizados en esta sesión de laboratorio. 3) Que reacción química emplearía para diferenciar la: a) anilina y ciclohexilamina b) n-octilamina y octanamida c) anilina y ácido benzoíco 4) En qué consiste la reacción de Liebermann y explique los diferentes cambios de

coloración que se llevan a cabo. 5) ¿En qué frasco se deberán depositar cada uno de los residuos generados y por qué?

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SESIÓN 7

“OBTENCIÓN DE UN ANALGÉSICO Y ANTIPIRÉTICO” 7.1. OBJETIVO Obtener en el laboratorio el acetaminofén un analgésico y antipirético de uso común a partir de la reacción acilación del p-aminofenol con anhídrido acético. 7.2. MARCO DE REFERENCIA El anhídrido acético se utiliza como grupo protector de alcoholes o aminas, en síntesis orgánica, tal como ocurre en la producción industrial de paracetamol, que es un fármaco muy usado en nuestro país con el nombre de acetaminofeno, el cual se ha sintetizado por diversas rutas y se ha estudiado a fondo su actividad biológica, así como su toxicidad (véase: S:D.Nelson, et al. J. Med. Chem. 1982, 25, 885 y Comprehensive Medicinal Chemistry, vol 6, Pág. 154).

MATERIAL REACTIVOS EQUIPO

Matraz Kitasato de 50 mL Anhídrido acético p-aminofenol

Equipo corning o micro escala

Embudo Hirsch Cloruro de calcio Placa de calentamiento con agitación

Vidrio de reloj Carbón activado Baño de aceite o arena

Matraz Erlenmeyer de 25 mL Hielo Cubeta de plástico de 20 L

Papel filtro Soporte metálico con pinzas

Espátula Cuerpos de ebullición

Algodón Aparato de Fisher Johns

2 o 3 pipetas Pasteur con perilla Cubeta de plástico de 20 L

7.3. PROCEDIMIENTO: En un matraz redondo de 10 mL, se colocan con mucho cuidado 2.0 mL de anhídrido acético, 0.4 g de p-aminofenol y cuerpos de ebullición o agitador magnético. Colocar al matraz un refrigerante a reflujo y un tubo de cloruro de calcio para evitar el contacto con la humedad*. Calentar la mezcla a reflujo en baño de aceite o de arena hasta la disolución completa de la mezcla (aproximadamente 15 minutos). Se deja enfriar ayudando con un baño de hielo por 10 minutos hasta precipitación de los cristales los cuales se filtran al vacío, se lavan con agua fría y se dejan secar. Determinar el rendimiento y el punto de fusión. Si el punto de fusión es menor por 4°C, recristalizar de agua caliente y carbón activado.

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PRECAUCIÓN. Todas las anilinas son cancerígenas (consultar su hoja de seguridad). Evitar el contacto con la piel y la inhalación de vapores.

*Diagrama de reflujo y filtración a vacío

Los residuos generados durante la realización de esta sesión de laboratorio deberán de ser clasificados de acuerdo a la tabla que se muestra en el Anexo No. 1. 7.4. CUESTIONARIO 1) ¿En síntesis orgánica, qué es un grupo protector y que requisitos debe cumplir para

considerarlo como tal? 2) Investigue la actividad biológica del paracetamol. 3) Investigue la toxicología del anhídrido acético y del paracetamol. 4) Proponga una ruta de síntesis del paracetamol a partir del benceno. 5) Investigue una técnica de laboratorio para la obtención del p-aminofenol 6) Escriba la reacción general de obtención del acetaminofeno, y desarrolle el

mecanismo de reacción. 7) Cuál es el máximo de paracetamol que puede existir en el cuerpo humano. 8) ¿Por qué el paracetamol elimina el dolor? 9) Enliste otros tres fármacos empleados como analgésicos y antipiréticos. 10) Investigue la técnica empleada para la obtención del paracetamol a nivel

industrial y encuentre diferencias con respecto a la técnica de laboratorio. 11) Calcular el rendimiento teórico del producto y compararlo con el experimental. 12) ¿En qué frasco se deberán depositar cada uno de los residuos generados y por qué?

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SESIÓN 8

“OBTENCIÓN DE ÁCIDO SULFANÍLICO” 8.1. OBJETIVO Sintetizar en el laboratorio el ácido sulfanílico, un importante intermedio en la producción de: colorantes como el anaranjado de metilo, sulfonamidas, reactivo de Lunges para el análisis de nitritos y nitratos, soluciones estándar empleadas en el análisis de drogas, entre otras; mediante la reacción entre la anilina y el ácido sulfúrico fumante. 8.2. MARCO DE REFERENCIA Los ácidos sulfónicos contienen el grupo funcional -SO3H unidos a un carbono. Los ácidos sulfónicos aromáticos son más comunes que los alifáticos, debido a la facilidad de obtenerlos mediante reacciones de sulfonación electrofílicas. El trióxido de azufre es un electrófilo que reacciona con el benceno produciendo ácido bencenosulfónico. Esta reacción, de gran utilidad e importancia, se suele realizar en la práctica con ácido sulfúrico fumante, que es una disolución de trióxido de azufre en ácido sulfúrico. Las aminas aromáticas y los fenoles se sulfonan con facilidad; por ejemplo, la anilina se sulfona primero en el nitrógeno; el producto inicial se tiene que calentar para obtener el producto sulfonado en el anillo. El ácido sulfanílico contiene un grupo ácido y otro básico en la misma molécula y existe como ion dipolar (zwitterión) o sal interna.

NH2

H2SO4

180 - 190°C

NHSO3H

NH3

SO3anilina

ácidosulfanílico

Los ácidos arensulfónicos son ácidos fuertes, con una fuerza análoga a la del ácido clorhídrico. Se disocian por completo en agua, lo que genera un problema para su aislamiento. Los productos de las reacciones de sulfonación se suelen aislar en forma de sales, precipitándolas con cloruro de sodio. 8.3. PROCEDIMIENTO En un matraz redondo de una boca de 10 mL equipado con un refrigerante en posición de reflujo y agitación magnética o con cuerpos de ebullición, se colocan 0.4 mL de anilina, se enfría a 0°C (en un baño de hielo-sal) y se adicionan cuidadosamente 0.8

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mL de H2SO4 concentrado. Inmediatamente después se agregan 0.8 mL de H2SO4 fumante y se calienta el matraz en baño de arena a 180-190°C por una hora. Posteriormente se deja enfriar la mezcla a aproximadamente 50°C y se vierte cuidadosamente en 20 gramos de hielo molido. Cuando el hielo se disuelva, filtrar al vacío el sólido formado y lavar con agua caliente. Secar el producto, determinar el rendimiento y su punto de fusión el cual no debe variar más de 4°C respecto al reportado. De ser así, recristalizar de etanol al 96%.

MATERIAL REACTIVOS EQUIPO

Matraz Kitasato de 25 mL Anilina Equipo de microescala

Vidrio de reloj Ácido sulfúrico Soporte metálico con pinzas de dos dedos

Embudo Hirsch y papel filtro Ácido sulfúrico fumante Placa de agitación y calentamiento

Cristalizador de 12 cm de diámetro interno

Etanol Bomba de recirculación de agua

Espátula Agua destilada Cubeta de plástico de 20L

Cuerpos de ebullición Sal de mesa Recipiente para baño de arena y de hielo

PRECAUCIÓN: Los ácidos sulfúricos concentrado y fumante, son extremadamente corrosivos y pueden causar quemaduras graves. Manejarlos en el interior de la campana de extracción.

Los residuos generados durante la realización de esta sesión de laboratorio deberán de ser clasificados de acuerdo a la tabla que se muestra en el Anexo No. 1. 8.4. CUESTIONARIO 1) ¿Cómo justifica la estructura del ion dipolar del ácido sulfanílico, las siguientes

observaciones: Su alto punto de fusión Su insolubilidad en agua y en disolventes orgánicos Su solubilidad en hidróxido de sodio acuoso y ácido clorhídrico acuoso

2) ¿Porqué la bromación de la anilina proporciona un producto tribromado y en cambio la sulfonación solo da el producto monosulfonado en posición para?

3) Mencione usos y aplicaciones del ácido sulfanílico diferentes a las ya mencionadas en el objetivo.

4) Escriba la reacción general y desarrolle el mecanismo de reacción de la misma. 5) Calcular el rendimiento teórico del producto y compararlo con el experimental 6) ¿En qué frasco se deben depositar cada uno de los residuos generados y por qué?

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SESIÓN 9

“SINTESIS DE COLORANTES Y TEÑIDO DE FIBRAS” 9.1. OBJETIVO Obtención de colorantes a partir de bencenos activados como los fenoles, anilinas y N-alquilanilinas, ya que estos compuestos orgánicos pueden experimentar reacciones de sustitución electrofílica aromática con el ion arenodiazonio. 9.2. MARCO DE REFERENCIA Los colorantes son sustancias coloridas, solubles, que se adhieren permanentemente a las fibras textiles, cuero, plumas, papel, etc. Para que un compuesto orgánico tenga color, debe poseer uno o más grupos insaturados, como el –NO2 (nitro), -N=N- (azo), a los que se llama cromóforos, unido a un anillo aromático, y para que se adhiera permanentemente a una fibra, debe tener grupos como el –OH fenólico a –NRR’ amino a los que se denomina auxócromos. La solubilidad en ácidos o álcalis depende de estos grupos y de los grupos –COOH (carboxilo) y –SO3H (sulfónico). Mientras que la lana, seda, plumas, piel, etc., son materiales proteicos, conteniendo grupos amino y carboxilo libre, la celulosa, en cualquiera de sus agrupaciones vegetales, algodón, yute, lino, etc., es un polisacárido, cuyos grupos reactivos son –OH alcohólicos. Por lo que hay colorantes que tiñen directamente la lana y sus similares, pero no el algodón o las fibras parecidas. Para teñir los materiales celulósicos, se requiere un mordente, agente químico que permite la fijación permanente del colorante, o formar el colorante dentro de la fibra. Las nuevas fibras sintéticas orlón, nylon, dacrón, sarán, etc., han obligado a los químicos a sintetiza nuevos tipos de colorantes, pues los antiguos, que son útiles para las fibras naturales, no tiñen muchas de las sintéticas. Muchos de los colorantes industriales, se obtienen copulando, las sales de diazonio (compuestos reactivos, obtenidos al tratar aminas aromáticas primarias con ácido nitrosos de 0 a 10°C), con fenoles o aminas aromáticas. Otros, se preparan por nitración de fenoles o naftoles, otros por condensación de anhídrido ftálico con fenoles.

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MATERIAL REACTIVOS EQUIPO

Vaso de precipitados de 250 mL

Ácido sulfanílico Soporte metálico con pinzas

Probeta de 25 o 50 mL Nitrito de sodio Parrilla de calentamiento

Pipeta de 5 Ml con perilla de succión

Carbonato de sodio

Matraz Kitasato Hielo

Embudo Kirsch Hidróxido de sodio

Vidrio de reloj Cloruro de sodio

Papel filtro N.N-dimetil anilina

Espátula Fenol

Agitador de vidrio Ácido clorhídrico al 10%

Papel tornasol o pH

Algodón , seda y nylon

Sulfato de sodio

Ácido acético glacial

9.3. PROCEDIMIENTO I.- Síntesis del anaranjado de metilo a). Diazoación: En un vaso de 50 mL se disuelven 0.65 g de ácido sulfanílico en una solución de 0.25 g de carbonato de sodio en 8 mL de agua. Se coloca en un baño de hielo a enfriar y enseguida se agregan 7 g de hielo molido y una solución de 0.3 g de NaNO2, en 3 mL de agua. Finalmente se adiciona una solución de 0.5 mL de HCl concentrado en 2.5 mL de agua helada. Al cabo de unos minutos, se forma una solución amarillo-naranja indicando la formación de la sal de diazonio. b) Acoplamiento. Se disuelven 0.4 g de dimetil anilina en una solución de 0.8 mL de HCl concentrado y 4 mL de agua. Se enfría en un baño de hielo y se vierte con agitación sobre la sal de diazonio. El acoplamiento se inicia en la solución de ácido diluida y el colorante formado le proporciona un color rojo. La copulación se completa al añadir a la mezcla 5 mL de una solución de NaOH al 10%. Enseguida se añaden 3 g de NaCl comercial y se calienta a ebullición hasta la disolución de la sal. Se enfría en un baño de hielo hasta precipitación total, se filtra al vacío y se deja secar. Determine el rendimiento de la reacción. ¿Porque no es posible determinar su punto de fusión? II.- Síntesis del p-hidroxiazobenceno a) Diazoación: De forma similar, en un vaso de 50 mL se disuelven 0.5 g de anilina en una solución de 0.5 mL de HCl en 5 mL de agua. Se coloca en un baño de hielo a enfriar y enseguida se agregan 3 g de hielo molido y una solución de 0.37 g de NaNO2, en 3 mL de agua. Finalmente se adiciona una solución de 0.5 mL de HCl concentrado

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en 2.5 mL de agua helada. Al cabo de unos minutos, se forma una solución amarillo-naranja indicando la formación de la sal de diazonio. b) Acoplamiento: Se disuelven 0.5 g de fenol en una solución que contenga 0.43 g de NaOH disueltos en 5 mL de agua y se enfría en un baño de hielo. La sal de diazonio se agrega en porciones al vaso que contiene el fenóxido de sodio, monitoreando que el pH permanezca básico durante toda la adición. Si llegara a ser necesario, agregar más NaOH. La reacción de acoplamiento se identifica por una coloración roja. Al término de la adición de la sal de diazonio, se deja agitando 15 minutos a temperatura ambiente. Finalmente la solución se neutraliza con una solución diluida de HCl hasta pH de 6. El precipitado amarillo se filtra, se lava con agua y se seca a vacío. Se determina el rendimiento de la reacción. III. - Teñido de fibras. Corte 3 trozos de 2 x 5 cm de cada una de las siguientes telas, algodón, seda y nylon. Haga un pequeño manojo de lana blanca (estambre) con un trozo de 25 cm de longitud. Remoje todas las muestras en 200 mL de agua a 50°C durante 10 minutos. Tome una muestra de cada uno de los tipos de fibra (use varilla de vidrio), y póngalos en otro vaso de precipitados conteniendo 50 mL de agua a 50°C y en el que previamente se disolvieron 0.25 g de los colorantes, 0.4 g de Sal de Glauber (sulfato de sodio) y 0.25 mL de ácido acético glacial. Una vez que hayan sido introducidas las muestras, eleve lentamente (durante 10 minutos), la temperatura del baño de teñido hasta alcanzar la temperatura de ebullición. Hierva durante 10 minutos. Remueva las muestras, lávelas perfectamente bien con una pequeña cantidad de jabón, enjuáguelas, exprímelas y séquelas. Guarde con cuidado las muestras, para incluirlas al final de la sesión de laboratorio, junto con el resto y muestras de las fibras sin tratar. Discuta los resultados.

*PRECAUCIÓN: El NaOH y el HCl son extremadamente irritantes y corrosivos, por lo que deben manipularse con guantes y en la campana, después lavar estos y las manos con suficiente agua y jabón.

Remoje, durante 5 minutos, cada una de las telas, en una solución caliente de 0.5 g de ácido tánico en 500 mL de agua. Pase los trozos de tela a un baño caliente conteniendo 0.2 g de tártaro emético (tartrato de antimonil potasio), en 200 mL de agua (para fijar el mordente). Después de 5 minutos, escurra los trozos de fibras y páselos a un baño conteniendo 0.1 g de cualquiera de los siguientes colorantes del trifenilmetano, cristal violeta, verde de malaquita o violeta de metilo, en 200 mL de agua hirviendo. Mantenga las fibras en el baño casi a ebullición, durante 5 a 10 minutos, luego sáquelas, lávelas y obsérvelas y discuta los resultados. Los residuos generados durante la realización de esta sesión de laboratorio deberán de ser clasificados de acuerdo a la tabla que se muestra en el Anexo No. 1.

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9.4. CUESTIONARIO 1) Escriba el mecanismo de reacción para la diazoación. 2) Investigue la fórmula y usos de al menos tres colorantes azoicos diferentes a los

sintetizados, así como las materias primas para su obtención. 3) Explique cuando las sales de diazonio sufren una sustitución y cuando una reacción

de acoplamiento. 4) Explique la importancia del pH en las dos reacciones de acoplamiento realizadas

con la dimetilanilina y el fenol 5) Explique a que se debe que los compuestos azoicos presenten colores que van del

amarillo a los marrones. 6) A partir de la reacción general mediante el mecanismo de reacción explique la

formación de los productos obtenidos. 7) A partir de las reacciones generales determine el rendimiento de las reacciones y la

eficiencia de las mismas. 8) ¿En qué frasco se deben depositar cada uno de los residuos generados y por qué?

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SESIÓN 10

“OBTENCIÓN DE DISULFURO DE DIFENILO” 10.1. OBJETIVO Obtención de un dímero (disulfuro de difenilo) por oxidación de un tiofenol, destacando que estos compuestos son de utilidad sintética en química orgánica y responsable de algunas características importantes de los seres humanos, como por ejemplo, proteínas, pelo, etc. 10.2. MARCO DE REFERENCIA Los tioles pueden ser oxidados por reactivos suaves como bromo o yodo, para formar disulfuros: RSSR. La reacción es fácilmente reversible, ya que el enlace disulfuro es débil. Los disulfuros se pueden reducir a tioles por tratamiento con zinc en medio ácido o litio en amoniaco líquido. Este sistema reversible de óxido-reducción, es muy importante en los sistemas biológicos. Se ha sugerido que esta reacción puede formar parte del mecanismo de la memoria del cerebro, la unión disulfuro existe en proteínas y hormonas. Un producto natural interesante es el ácido tióctico, que contiene un enlace disulfuro cíclico. Es una sustancia esencial para el crecimiento de diversos organismos, se ha usado en el tratamiento de enfermedades del hígado y como antídoto de la toxina de los hongos venenosos del género Amanita.

S S

COOH

Ácido tióctico Los enlaces disulfuro pueden ser fácilmente atacados por una diversidad de nucleófilos tales como enolatos, reactivo de Grignard, entre otros.

O

LDA/THF/ -70°C

OLi

SCH3

O

+ CH3SLi

cetona enolato sulfuro

CH3SSCH3

disulfuro de metilo

10.3. PROCEDIMIENTO I. - Preparación de la solución 1: (trabajar en campana y guantes). En un matraz Erlenmeyer de 125 mL, disolver 0.5 mL de tiofenol y 600 mg de NaOH en 20 mL de una solución de etanol absoluto-agua (2:1).

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II. - Preparación de la solución 2: en un matraz Erlenmeyer de 125 mL se suspenden 0.65 g de yodo en 10 mL de agua destilada y se disuelven adicionando 0.5 g de ioduro de sodio. Agitar vigorosamente hasta que la mayor parte del yodo se haya disuelto (Nota 1). La solución 2 se agrega lentamente a la solución 1 en un lapso de 5 minutos en forma continua con agitación manual, formándose de inmediato el producto deseado. Al término de la adición, se filtra el sólido, se lava con agua (20 mL aproximadamente) y se seca a vacío. Determinar el rendimiento de la reacción y punto de fusión del producto. Si éste tiene un intervalo mayor a 4°C, recristalizar de etanol (Nota 2).

MATERIAL REACTIVOS EQUIPO

2 Matraz Erlenmeyer de 125 mL Tiofenol 1 soporte metálico con pinzas

1 Probeta de 25 mL Hidróxido de sodio

1 Matraz Kitasato de 50 mL Etanol al 96%

1 Embudo Hirsch Yodo

1 Pipeta de 1 mL Ioduro de sodio

1 Vidrio de reloj Cloralex comercial

1 Espátula metálica

Papel filtro

Nota 1: El residuo de yodo de la solución 2, se disuelve agregando 0.2 g más de ioduro de sodio en 15 mL de agua. Nota 2: El material utilizado deberá ser enjuagado con abundante cloralex para oxidar el residuo de tiofenol y eliminar el mal olor.

PRECAUCIÓN: El tiofenol es un compuesto extremadamente fétido y tóxico, por lo que debe haber ventilación suficiente en el laboratorio. Evite el contacto con la piel y ropa ya que es difícil eliminar el olor. El etanol es inflamable.

Los residuos generados durante la realización de esta sesión de laboratorio deberán de ser clasificados de acuerdo a la tabla que se muestra en el Anexo No. 1. CUESTIONARIO 1) Escriba el mecanismo adecuado para la obtención de disulfuro de difenilo. 2) Explique a que se debe la debilidad del enlace S-S de los disulfuros. 3) Escriba al menos 5 propiedades químicas de los tioles. 4) Escriba las reacciones del disulfuro de difenilo con: a) bromuro de fenil magnesio;

b) H3O+.

5) Escriba las reacciones entre el enolato derivado de la acetona con: a) H3O+; b)

Zn/HCl 6) ¿En qué frasco se deben depositar cada uno de los residuos generados y por qué?

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SESIÓN 11

“SÍNTESIS DE POLÍESTIRENO VIA RADICALES LIBRES”

11.1. OBJETIVO Obtener el poliestireno, como ejemplo de una polimerización en cadena, vía radicales libres. 11.2. MARCO DE REFERENCIA Los plásticos orgánicos, día con día, adquieren mayor importancia para el hombre, y no tan solo por sustituir y mejorar materiales naturales indispensables para nuestra civilización, sino aportando materiales de nuevas características y propiedades. Los materiales termoplásticos son aquellos materiales que están formados por cadenas de polímeros que se encuentran que se encuentran interactuando entre sí, mediante fuerzas intermoleculares formando estructuras lineales o ramificadas. En función del grado de las fuerzas intermoleculares que se producen entre las cadenas poliméricas, estas pueden adoptar dos tipos diferentes de estructuras, estructuras amorfas o estructuras cristalinas, siendo posible la existencia de ambas estructuras en un mismo material termoplástico:

Estructura amorfa - Las cadenas poliméricas adquieren una estructura liada, semejante a de la un ovillo de hilos desordenados, dicha estructura amorfa es la responsable directa de las propiedades elásticas de los materiales termoplásticos.

Estructura cristalina - Las cadenas poliméricas adquieren una estructura ordenada

y compacta, se pueden distinguir principalmente estructuras con forma lamelar y con forma micelar. Dicha estructura cristalina es la responsable directa de las propiedades mecánicas de resistencia frentes a esfuerzos o cargas así como la resistencia a las temperaturas de los materiales termoplásticos Los termoplásticos representan el 70- 80% del consumo total de los plásticos y se caracterizan contienen con una estructura lineal, que durante el moldeo en caliente no sufren modificación química, y quedan blandos y conformables. Los termoplásticos, al calentarse, permiten que las cadenas se deslicen y resbalen unas sobre otras adquiriendo el llamado estado viscoelástico, permitiendo que puedan ser moldeados a presión. Ejemplos de polímeros termoplásticos que se obtienes por un mecanismo en cadena son: polietileno, poliestireno, polimetacrilato de metilo (Lucita), cloruro de vinilo, acetato de vinilo, entre otros.

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MATERIAL REACTIVOS EQUIPO

1 Tubo de ensayo o caja de Petri chica

Estireno Plato de calentamiento

1 Pipeta de 5 mL Peróxido de benzoílo Baño María

Espátula Alúmina en polvo

Pinzas para bureta

Pinzas para tubo de ensayo

Soporte universal y/o tripie

Papel aluminio

Termómetro

Agitador de vidrio

Vaso de precipitado de 150 mL

1 Pipeta Pasteur

Algodón

11.3. PROCEDIMIENTO: El monómero de estireno está envasado con un inhibidor llamado 4-terbutilcatecol, en menos de 0.005%. El inhibidor se retira haciéndolo pasar por una columna empacada con alúmina, la cual se prepara colocando un tapón pequeño hecho de algodón a través de una pipeta Pasteur, posteriormente se adiciona la alúmina en polvo a una distancia de 2/3 de la pipeta, finalmente se coloca nuevamente algodón. Una vez empacada, se hace pasar aprox. 12 mL de estireno líquido el cual se recupera para su polimerización. Cabe mencionar que Ud. observará la purificación del monómero porque en la alúmina verá una banda delgada color ligeramente amarillo, significando la retención del inhibidor. Posterior a esta purificación, en un tubo de ensaye o en una caja de Petri coloque 10 mL de estireno sin inhibidor (y algún objeto que quiera encapsular cuya densidad sea igual o menor a la del monómero), agregue una relación molar de monómero: peróxido de benzoilo 1:1/200 y agite para disolver el iniciador. Caliente el tubo a baño María a 70°C teniendo cuidado de tapar el tubo con papel aluminio (o la caja de Petri con su tapa), el tiempo que sea necesario hasta observar que el estireno ha solidificado completamente. Una vez terminado el tiempo de reacción, espere a que enfríe a temperatura ambiente y desmolde (puede ser necesario sumergirlo en agua para despegarlo de las paredes de vidrio). Anote sus observaciones durante la polimerización y así como las características del polímero (rigidez, transparencia, moldeabilidad a temperatura ambiente) y asócielas con su estructura química.

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La Tg del polímero oscila alrededor de los 100°C y no se detecta con un Fisher Johns. No obstante, si se puede distinguir de su estado vítreo cuando es calentada alrededor de esa temperatura. Para corroborarlo, coloque un vaso de agua en la parrilla de calentamiento con un termómetro para monitorear la temperatura. A un lado del vaso coloque un trozo del polímero y caliente. Con ayuda de una espátula vaya verificando después de los 70°C la rigidez del polímero. Anote la temperatura a la que Ud pueda deformarlo (comprimirlo) fácil y manualmente con la espátula. Los residuos generados durante la realización de esta sesión de laboratorio deberán de ser clasificados de acuerdo a la tabla que se muestra en el Anexo No. 1

11.4. CUESTIONARIO

1) Formular las unidades estructurales del polímero preparado en esta sesión de laboratorio.

2) ¿Qué le sucede al peróxido de benzoilo cuando se calienta? 3) Escriba los tipos de polimerización que se conocen 4) ¿Qué tipo de polimerización se llevó a cabo 5) Explique la formación del polímero

en base al modelo de los mecanismos de reacción. 6) ¿Qué sucedería si el estireno no se purifica? 7) ¿Qué papel desempeña la luz solar en la polimerización? 8) Citar el tiempo que tardó en solidificar el monómero hasta su estado final y qué

significado tiene esta transformación de estado? 9) Investigue las aplicaciones más importantes del polímero 10) Que sucede con la densidad del monómero al transformarse en polímero?

Investigue las densidades de ambos y explique el comportamiento. 11 ¿En qué frasco se deben depositar cada uno de los residuos generados y por qué?

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SESIÓN 12

“SÍNTESIS DE UN POLIÉSTER Y UNA RESINA, COMO EJEMPLIFICACIÓN DE POLIMERIZACIÓN POR ETAPAS”

11.1. OBJETIVO Obtener el poli(tereftalato de etileno) y una resina fenol-formaldehído (bakelita), como ejemplos de polimerización por condensación (polimerización por etapas). 12.2. MARCO DE REFERENCIA Algunos polímeros termoplásticos, fibras y termoestables o termofijos de interés comercial, se obtienen vía polimerización en cadena, mientras que otros solo se pueden obtener vía polimerización por etapas en cualquiera de sus dos mecanismos: condensación o adición. Ejemplos de polímeros que se obtienen por condensación son el poli (tereftalato de etileno), mejor conocido como PET, el nylon 6 y nylon 6,6; policarbonatos, y algunas resinas tales como las fenol-formaldehido y melamina-formaldehido. A comparación de las reacciones en cadena vía radicales libres, las reacciones de condensación generalmente requieren de mayores temperaturas de reacción dado que suelen llevarse a cabo en ausencia de disolvente y, tanto monómeros como el polímero que se vaya formando, deben estar en el estado fundido;el crecimiento del polímero es muy lento, es necesario eliminar los subproductos de la reacción conforme se van generando, la pureza de los monómeros debe ser alta para no incidir negativamente en el peso molecular, entre otras. No obstante esos parámetros también dependen de la reactividad de los monómeros entre sí. El PET es uno de los pocos polímeros sintéticos termoplásticos que se reciclan y tiene aplicaciones en muchos campos ya sea en forma de película (para fabricación de botellas y contenedores) o de fibra (para textiles), principalmente. Las resinas fenol-formaldehído sin embargo, a comparación del PET, son un tipo de polímeros entrecruzados termofijos que se emplean ya sea como adhesivos, agentes de relleno o de recubrimiento para dar acabados a superficies de mobiliario. La resina fenol-formaldehido fue el polímero sintetizado deliberadamente de estructuras sintéticas más pequeñas por Leo Hendrik Baekeland en 1907, y de ahí el nombre con que también se conoce esta resina: “baquelita”. Su primera aplicación fue en la fabricación de carcasas de teléfonos.

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MATERIAL REACTIVOS EQUIPO

4 tubos de ensayo Tereftalato de dimetilo Plato de calentamiento

1 Pipeta de 5 mL Etilenglicol Baño María

Espátula Acetato de sodio

2 Tubos de ensayo (18 x 150) Fenol

Pinzas para bureta Sol de formaldehido al 40%

Pinzas para tubo de ensayo Ácido clorhídrico

Soporte universal y/o tripie Acido acético glacial

Papel aluminio

Termómetro

Agitador de vidrio

Vaso de precipitado de 150 mL

12.3. PROCEDIMIENTO: I.- Síntesis del poli(tereftalato de etileno) o PET

En un tubo de ensayo coloque 5 g de tereftalato de dimetilo y 1.5 mL de etilenglicol ( = 1.113) y 0.05 g de acetato de sodio. Inicie el calentamiento suave en la placa de calentamiento hasta fundir ambos reactivos, continúe el calentamiento hasta que el metanol escape por evaporación. Una vez completada la reacción, vierta el polímero obtenido en un recipiente hecho de papel aluminio. II.- Síntesis de resina fenol-formaldehído (baquelita) En un tubo de ensayo coloque 6 mL de ácido acético glacial, en 6 mL de una solución de formaldehido al 40%. Posteriormente agregue 3 gramos de fenol dentro de la solución e inicie el calentamiento en un baño María. Finalmente adicione lentamente 3 mL de HCl a la solución, y continuar el calentamiento de la mezcla hasta la aparición de una masa sólida dentro del tubo. Filtrar la mezcla a vacio, el sólido obtenido en la filtración corresponde a la baquelita. 12.4. CUESTIONARIO

1) Formular las unidades estructurales de los polímeros preparados en esta sesión de 2) ¿Qué tipo de polimerización se llevó a cabo en la obtención de los dos tipos de

polímeros 3) Explique la formación de los polímeros en base al modelo de los mecanismos de

reacción.

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4) Citar los tiempos que tardarán en solidificar los tubos que fueron calentados a baño María y dar una explicación porque esa diferencia de tiempo en cada tubo de ensayo.

5) Cite las diferencias entre un polímero termoplástico y un termofijo desde el punto de vista estructural y de propiedades mecánicas

6) De los catalizadores que se emplearon en cada reacción ¿Cuál sería el más recomendado? ¿Por qué?

6) Escriba el nombre de cinco polímeros termoplásticos y cinco termofijos comerciales, y mencione algunas características principales.

7) ¿En qué frasco se deben depositar cada uno de los residuos generados y por qué?

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ANEXO I

CLASIFICACIÓN DE RESIDUOS

CÓDIGO CARACTERÍSTICAS DE LA SUSTANCIA

EJEMPLO

A

Disolventes orgánicos y soluciones de sustancias

orgánicas que no contienen halógenos

Acetona.

B

Disolventes orgánicos y soluciones de sustancias

orgánicas que contienen halógenos

Cloroformo

C

Residuos sólidos orgánicos

Ácido acetil salicílico

D

Soluciones salinas (inorgánicas)

Sulfato de cobre

E

Residuos inorgánicos tóxicos, así como las sales de y sus

soluciones de metales pesados

Sales de plomo, talio,

selenio

F

Compuestos combustibles tóxicos

Benceno

G

Mercurio y sales de mercurio

Sulfato de mercurio

H

Sales metálicas regenerables

Cloruro de plata

I

Sólidos inorgánicos

Carbonato de bario

K

Residuos de vidrio, plástico, metal, columna y

cartuchos para HPCL.

Recipientes rotos, papel pH, sílica gel, etc.

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ANEXO II

BIBLIOGRAFÍA

1) Brewster, R.Q. Valder Werf, C.A. y McEwen, W.E., “Curso de química orgánica experimental”, editorial alambra, colección Vértix, No. 26, 1a reimpresión, Madrid, 1978.

2) Shriner, R.L., Fuson, R.C. y Curtin, D.Y., “Identificación sistemática de compuestos orgánicos”, editorial Limusa, 2a reimpresión, México, 1974.

3) Domínguez, X.A. y Domínguez S., X. A., “Química orgánica experimental”, editorial Limusa, 1a edición, México, 1982.

4) Mayo, D.W., Pike, R.M. Butcher, S.S. and Trumper P.K. “Microscale techniques for the organic laboratory”, editorial John Wiley and Sons, New York, 1991.

5) Williamson, K.L., “Macroscales and microscale organic experiments”, editorial D.C. Heath, 2a edition, Lexington, 1994.

6) Lehman, John W., “Operational organic chemistry a laboratory course”, edit. Allyn and Bacon, Inc., Boston, 1981.

7) Mayo, D.W., Pike, R.M. and Trumper, P.K. “Microscale organic laboratory with multistep and multiscale syntheses”, editorial John Wiley and Sons, 3a. edición, New York, 1994.

8) Morrison R. y Boyd, “Química orgánica”, Grupo Editorial Iberoamericana, 5a edición, México, 1990.

9) McMurry John, “Química orgánica”, Grupo Editorial Iberoamericana, 3a edición, México 1994.

10) March, Jerry, “Advanced organic chemistry”, editorial Wiley Interscience, 4a. edit., New York, 1992.

11) Fausto Antonio de Azevedo, “Guía sobre las necesidades mínimas para un laboratorio de ecotoxicología”, Centro Panamericano de ecología Humana y Salud, OPS, Organización Mundial de la Salud; México, 1986.

12) Robert A, Corbitt, “Standard handbook on enviromental engineering”, Mc. Graw Hill Publishing Company, New York, 1990.

13) Emil T. Chanlett, “La protección del medio ambiente”, Instituto de Administración Local, Madrid, 1976.

14) N. Irving Sax. “Dangerous properties of industrial materials”, Van Nostrand Reinhold Company, New Cork, 1979.

15) Richard J. Lewis, Sr., “Hazard chemicals. Desk references”, 3a. Edition, Van Nostrand Reinhold Company, New York, 1993.

16) Paula Yurkanis Bruice. Química Orgánica”. Ed. Pearson. Prentice Hall. 5ª.edición. México 2008.