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En el laboratorio
editado por
Química verde María M. Kirchhoff
Instituto de Química Verde ACS
Washington, DC 20036
Un material de partida ecológico para la sustitución aromática 
electrofílica para el laboratorio orgánico de pregrado
W
T. Michelle Jones-Wilson *
Departamento de Química, Universidad East Stroudsburg de Pennsylvania, East Stroudsburg, PA 18301;
*mjwilson@po-box.esu.edu
Elizabeth A. Burtch
3463 West 151 Street, Cleveland, OH 44111
La química verde es una forma de prevención de la 
contaminación. Se define más simplemente como "el uso de técnicas y 
metodologías químicas que reducen o eliminan el uso o la generación 
de materias primas, productos, subproductos, disolventes, reactivos, 
etc., que son peligrosos para la salud humana o el medio ambiente".(
1). La química verde busca resolver el problema de la contaminación 
atacando la ciencia molecular relevante desde el principio en lugar de 
intentar encontrar soluciones después del hecho. En el pasado, las 
iniciativas ambientales se han dirigido a reducir el riesgo mediante la 
disminución de la exposición.(2). Sin embargo, el factor de riesgo se ha 
mantenido relativamente constante. La química verde implica un 
enfoque alternativo. Si se pueden realizar cambios fundamentales en 
un proceso químico peligroso que logre transformarlo en uno que sea 
ambientalmente benigno, el factor de peligro se reduce a cero y, por lo 
tanto, se elimina el riesgo. La química verde se basa en esta premisa.
comúnmente preparado por EAS. Las reacciones habituales de EAS se 
emplean para halogenar, nitrato, sulfonato, alquilar y acilar 
compuestos aromáticos. Desafortunadamente, muchos compuestos 
aromáticos comunes son tóxicos. La mayoría de los textos de 
laboratorio orgánico de pregrado incluyen experimentos EAS. Sin 
embargo, los experimentos tradicionales a menudo emplean 
materiales de partida peligrosos o no verdes. En este experimento, 
diseñado para el laboratorio de química orgánica de pregrado del 
segundo semestre, se pueden discutir e ilustrar los principios de la 
química verde junto con la presentación de la sustitución aromática 
electrofílica.
Nitración de tirosina
Los aminoácidos son materias primas ecológicas ya que no son 
tóxicas por naturaleza. Contienen una variedad de grupos funcionales 
útiles para la ilustración de reacciones orgánicas comunes. Además, 
las reacciones de los aminoácidos a menudo se pueden llevar a cabo 
en agua, un disolvente verde. Una alternativa a los métodos 
tradicionales empleados para demostrar EAS hace uso del resto 
aromático del aminoácido tirosina. Se ha informado sobre la 
caracterización de la 3-nitrotirosina(4). También se exploró un método 
para utilizar peroxinitrito, un conocido iniciador de la nitración 
aromática. (5). Una técnica informada para la nitración de tirosina es 
potencialmente adaptable para su uso en un laboratorio de química 
orgánica de pregrado ecológico. (6). La reacción completa se presenta 
en el Esquema I. El nitronio, un electrófilo fuerte, se genera in situ a 
partir de la reacción de los ácidos sulfúrico y nítrico. El anillo aromático 
de la tirosina puede entonces reaccionar con el ion nitronio mediante 
sustitución aromática electrofílica para producir 3-nitrotirosina. El 
grupo hidroxilo es un fuerte elec-
Aplicaciones en la academia
Aunque la mayor parte de los desechos químicos producidos en 
los Estados Unidos proviene de la industria, los laboratorios 
académicos liberan cantidades significativas de materiales peligrosos 
al medio ambiente. Los procedimientos anticuados que emplean 
reactivos tradicionales y peligrosos son comunes, especialmente en los 
laboratorios de pregrado. Si bien la adopción de técnicas a microescala 
ha mejorado sustancialmente la posición ambiental de los laboratorios 
académicos, sigue existiendo un problema considerable. Los costos de 
eliminación a menudo comprenden una gran parte del presupuesto de 
un departamento. Además del drenaje financiero que sufre el 
departamento de química, la producción de desechos peligrosos 
representa un peligro constante para el estudiante. Los experimentos 
a microescala se han utilizado ampliamente y se han combinado con 
metodologías ecológicas en algunos casos en el laboratorio académico.
(3). Sin embargo, se ha avanzado poco en la transformación del 
laboratorio académico en un espacio respetuoso con el medio 
ambiente y se ha avanzado aún menos en la educación de nuestros 
futuros químicos en metodologías ecológicas.
O
H3NCC OH
CH2
O
CC OH
CH2
H H
H3norte
HNO3, H2ASI QUE4
H2O
Sustitución aromática electrofílica
La sustitución aromática electrofílica (EAS) es posiblemente 
el tipo de reacción más importante experimentado por los 
compuestos aromáticos y es fundamental para el estudio de la 
química orgánica. Miles de compuestos aromáticos sustituidos son
NO2
OH OH
Esquema I. Nitración de tirosina.
616 Revista de Educación Química • Vol. 82 No. 4 de abril de 2005 • www.JCE.DivCHED.org
Traducido del inglés al español - www.onlinedoctranslator.com
http://www.jce.divched.org/Journal/
http://www.jce.divched.org/Journal/Issues/2005/
http://www.jce.divched.org/
http://www.jce.divched.org/Journal/Issues/2005/Apr/abs616.html
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En el laboratorio
tron donando grupo y se desempeña como director activador 
de o y p. Por tanto, la sustitución se produce en la posición 
orto para producir 3-nitrotirosina. El efecto desactivante del 
sustituyente nitro impide que se produzca cualquier nitración 
adicional.(4). El uso de un anillo aromático sustituido permite 
discutir la activación y desactivación de sustituyentes yo,
p, om dirigir efectos.
acetona. Todo el material de vidrio que contenga los ácidos debe limpiarse y 
enjuagarse a fondo. Alternativamente, el instructor puede preparar la 
mezcla inmediatamente antes del período de laboratorio. Cualquier papel 
utilizado para limpiar los derrames de ácido nítrico debe enjuagarse a fondo 
para evitar el riesgo de incendio.
Resultados y discusión
Productos químicos y equipos El producto final se puede caracterizar por el punto de fusión, 
espectroscopía UV-vis o RMN. El punto de fusión proporciona una 
caracterización rápida (el punto de fusión teórico es 234 C; ref.6 ) pero 
los productos impuros pueden descomponerse antes de fundirse. La 3-
nitrotirosina tiene un máximo de absorbancia debido al anillo 
aromático a 358 nm(4), mientras que el anillo conjugado en
L-tirosina produce un máximo de absorbancia a aproximadamente 275 
nm. Como resultado, la espectroscopia UV-vis es un método adecuado 
para la caracterización de productos.1La espectroscopia de RMN H 
también se puede emplear para caracterizar el producto nitrado en D2
O con una intensidad de campo de 90 MHz o superior. Los picos clave 
del espectro se encuentran en la región de los protones aromáticos 
(6,5 a 8,5 ppm). La tirosina muestra dos picos de dobletes aromáticos 
con la misma altura de pico (norte = 2); 3-nitrotirosina muestra tres 
protones aromáticos, 2 dobletes y un singlete desplazado hacia abajo (
norte = 1). El rendimiento global medio fue del 43,4% y el porcentaje 
de recuperación medio fue del 56,7%.
L-tirosina, ácidos nítrico, sulfúrico y acetato de etilo se pueden
obtenido de una variedad de proveedores de productos químicos. Los 
puntos de fusión se obtuvieron usando un aparato Mel-Temp. Los 
espectros UV-vis se obtuvieron utilizando un espectrómetro 
PerkinElmer Lambda II a concentraciones de aproximadamente 104 
METRO. 1H NMR se obtuvieron en un espectrómetro Varian de 90 MHz 
en D2O relativo a TSP.
Procedimiento experimental
Síntesis de 3-nitrotirosina
Cinco gramos de L-tirosina se pesan en un recipiente de 100 ml 3-
matraz de fondo redondo con cuello equipado con un condensador de 
reflujo y suspendido en 20 ml de agua desionizada (como alternativa, se 
podría utilizar un adaptador Claisen y un matraz de una sola boca). En un 
recipientede reacción separado, 3.6 mL de H concentrado2ASI QUE4 y
4,7 mL de HNO concentrado3 debe mezclarse cuidadosamente 
mientras se enfría en un baño de agua helada. (Para minimizar los 
peligros asociados con la manipulación de ácidos fuertes, los 
estudiantes pueden realizar este paso utilizando botellas 
provistas de bombas resistentes a los ácidos o el instructor 
inmediatamente antes de la clase). La mezcla de ácido enfriada se 
agrega gota a gota a reflujo de agua y con agitación suave a la 
suspensión de tirosina. El enfriamiento en un baño de agua 
helada debe mantenerse durante toda la adición. La reacción 
debe enfriarse lo suficiente y la velocidad de adición debe 
mantenerse lo suficientemente lenta para evitar el reflujo. Una 
vez completada la adición, la reacción debe dejarse en el baño de 
agua helada con agitación durante 15 minutos. A continuación, el 
recipiente de reacción se retira del baño de agua helada y se deja 
calentar a temperatura ambiente seguido de calentamiento a 
40ºC en un baño de agua.
Conclusión
La nitración de tirosina encaja bien en un plan de estudios de 
laboratorio verde. La tirosina es un aminoácido natural y un reactivo 
verde. Aunque los ácidos sulfúrico y nítrico concentrados son 
productos químicos peligrosos, solo se necesitan pequeñas cantidades 
para que la reacción se produzca con éxito. Si se manejan 
correctamente, estos reactivos representan poco o ningún peligro 
para los estudiantes. Además, los desechos ácidos acuosos producidos 
por el procedimiento se pueden neutralizar con una base apropiada y 
desecharse por el desagüe como sales acuosas inocuas. El esquema 
completo no genera subproductos tóxicos distintos de la propia 3-
nitrotirosina.
WMaterial suplementario
En esta edición de JCE en línea.
Aislamiento y purificación del producto
Después del período de reacción, la solución se enfría en un baño 
de agua helada hasta que se produce la cristalización. A continuación, 
la solución se filtra con un embudo Büchner y se recoge el producto 
crudo. Se realiza la recristalización para purificar el producto. El 
producto crudo se enjuaga con una alícuota de 10 mL de acetato de 
etilo y luego se recristaliza en aproximadamente 50 mL de agua 
desionizada. Si no se produce cristalización, se puede repetir el 
enjuague con acetato de etilo.
Literatura citada
1. Anastas, PT; Barlett, LB; Kirchhoff, MM; Williamson,
TC Catálisis hoy 2000, 55, 12.
2. Anastas, PT; Warner, JCQuímica verde: teoría y práctica; 
Oxford University Press: Nueva York, 1998.
3. Singh, MM; Szafran, Z .; Pike, RMJ. Chem. Educ. 1999,
76, 1684.
4. Biblia, KC; Boerner, SA; Kaufmann, SHAnal. Biochem.
1999, 267, 217-221.
5. Oury, TD; Tatro, L .; Ghio, AJ; Piantadosi, CAInvestigación de 
radicales libres 1995, 23, 537–547.
6. Waser, E .; Lewandowski, M.Helvetica Chimica Acta 1921, 4,
657–666.
Riesgos
Los estudiantes trabajan con una mezcla de ácidos nítrico y 
sulfúrico concentrados. Los ácidos nítrico y sulfúrico son corrosivos y 
las adiciones son altamente exotérmicas. Las quemaduras son un 
problema potencial si los ácidos no se manejan con prudencia. Se 
deben usar guantes y protección ocular adecuados. Las mezclas de 
ácidos sulfúrico y nítrico concentrados se oxidan violentamente
www.JCE.DivCHED.org • Vol. 82 No. 4 de abril de 2005 • Revista de educación química 617
http://www.jce.divched.org/
http://www.jce.divched.org/Journal/Issues/2005/
http://www.jce.divched.org/Journal/
http://www.jce.divched.org/Journal/Issues/2005/Apr/abs616.html
http://www.jce.divched.org/Journal/Issues/1999/Dec/abs1684.html
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