Experiencias de Laboratorio para Química Orgánica - Montes _ González (3 ed 2013) - Mauricio Ortega Cruz

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I
CONTENIDO
I PREFACIO viii
1 INTRODUCCION AL LABORATORIO D~ QUIMICA ORGANICA 1
INTRODUCCION 1
ASPECTOS DE SEGURIDAD 1
LlBRETA DE LABORATORIO 11
APARATOS DE LABORATORIO 25
PARTE I: EXPERIMENTOS DE CONOCIMIENTOS
BAslCOS Y TECNICAS DE PURIFICACION
29
~
VISUALIZANDO LA TRIDIMENSIONALIDAD
r DE LAS MOLECULAS 31
I A. SIMETRfA 31
B. METANO Y SUS DERIVADOS 34
C. ISOMEROS CONFORMACIONALES 40
D. ISOMEROS CONFIGURACIONALES 47
E. ALOUENOS 47
F. CICLOALCANOS 50
G. ENANTIOMERISMO 59
H. OTROS ENANTIOMEROS 61
I. SISTEMA CAHN-INGOLD-PRELOG 62
J. MOLECULAS CON MAs DE UN CENTRO ASIMETRICO 64
EJERCICIOS 68
IGUAL DISUELVE IGUAL 77
RECRISTALIZACION DE ACETANILIDA Y DETERMINACION
DE PUNTO DE FUSION 83
GA DONDE SE FUE? 95
GDONDE SE ABSORBEN LOS ANALGESICOS EN EL TRACTO
GASTROI NTESTI NAL?
EXTRACCION, RECRISTALIZACION Y PUNTO DE FUSION 99
DESTILACION 116
GCOMO SEPARAMOS LlOUIDOS? 124
CROMATOGRAFfA 130
v
PARTE III: EXPERIMENOS TRADICIONALES 221
SUSTITUCION ELECTROFILICA AROMATICA: ALQUILACION
FRIEDEL-CRAFTS DE p- DIMETOXIBENCENO 223
SfNTESIS DE ASPIRINA: ANALGESICOS 229
SAPONIFICACION: PREPARACION DE JABON 234
REDUCCION DE VANILINA 242
SfNTESIS DE DIBENZALACETONA:
CONDENSACION TIPO ALDOL (TRADICIONAL) 249
PARTE II: EXPERIMENTOS TIPO INVESTIGATIVO
GCUAL ES EL MECANISMO?
141
143
GCUAL ES EL EFECTO DEL CATION EN UN MECANISMO SN2? 146
GCUAL ES LA MEJOR RUTA SINTETICA? 157
ANALISIS CUALITATIVO ORGANICO 166
ENFOQUE DE QUfMICA VERDE PARA SINTETIZAR
ASPIRINA UTILIZANDO IRRADIACION POR MICROONDAS 187
GQUE EFECTO TIENEN LOS SUSTITUYENTES EN
BENCENO EN UNA REACCION DE CONDENSACION
TI PO ALDOL? 200
GES LA REDUCCION DE GRUPOS CARBONILO
ESTEREOSELECTIVA? 207
Libreta de laboratorio
Para poder entender la quimica, el investigador debe lIevar a cabo experimentos y
registrar 0 interpretar los resultados de estos experimentos. La libreta de laboratorio es
una de las herramientas de mas valor para un cientifico. Esta contiene el registro
escrito permanente de las actividades fisicas y mentales producto de la
experirnentacion y observacion de un cientifico. EI investigador observa y luego
registra estas observaciones en su libreta. Antes de escribir en la libreta el investigador
debe hacer un alto y pensar sobre 10 que esta haciendo en el laboratorio.
La libreta se usa para preservar datos y observaciones que forman parte de una
investiqacion cientifica. Las notas tomadas deben ser claras, concisas y completas.
No debe existir ambigUedad en estas, 0 sea, la persona que lea estas notas podra
interpretarlas de una sola manera. Estas deben informar tanto los exitos como los
fracasos y deben constituir una aseveracion clara de la verdad tal y como es observada
por el investigador. Es fundamental que otra persona pueda repetir el trabajo
informado por un investigador en una libreta basado en las descripciones escritas y
hacer las mismas observaciones que se registraron original mente.
Llevar correctamente una libreta de laboratorio es una destreza adquirida que Ie podra
ser de gran beneficia en cualquier profesion. Si desarrolla bien esta destreza mientras
es estudiante, la toma de notas se convertira en un habito en lugar de una tarea.
Escribir notas con correccion requiere disciplina y practice.
Luego que los datos son registrados por el investigador, este puede estudiarlos. Por 10
tanto la libreta provee un foro en el cual datos y observaciones se analizan, se
discuten, se evaluan y se interpretan. Una libreta de laboratorio bien lIevada constituye
para el estudiante su fuente principal de informacion requerida para escribir sus
informes, luego su tesis y publicaciones. Si trabaja correctamente en su libreta, Ie sera
mucho mas facil revisar y evaluar el progreso de su investiqacion, Ie ayudara a evitar
repetir errores y Ie sera tarnblen mas facil informar sus resultados.
En este curso la libreta de laboratorio es esencial para registrar directamente las
observaciones que hara durante cada experimento. Se recomienda lIevar la libreta de
laboratorio como se presenta a continuacion. Se recomienda una libreta del tipo cosida
(Composition) y las paqinas deben ser enumeradas de antemano en tinta. Las
primeras tres (3) paqinas se utilizaran para identificacion e indices. Las anotaciones
del laboratorio deben hacerse directamente en la libreta en tinta negra 0 azul y las
paqinas dariadas no pod ran ser arrancadas.
Se presentara el experimento utilizando el siguiente bosquejo:
I.
II.
III.
IV.
Titulo y fecha
Objetivos
Reacciones y tabla de Propiedades Fisicas
Calculos de rendimiento teorico
11
V. Procedimiento, observaciones y datos
VI. Computes (si aplica)
VII. Discusion de resultados
VIII. Conclusion '
IX. Referencias
Se recomienda que haga las asignaciones (Pre-lab), lea la teoria y procedimiento
completo y que luego proceda a preparar el bosquejo hasta completar el procedimiento.
1;:1 estudiante debe presentarse al laboratorio con el bosquejo preparado hasta el
procedimiento. De no estar completo no podra hacer el experimento. Durante el
periodo de laboratorio procedera a registrar las observaciones y datos. Dependiendo
del tiempo disponible en el laboratorio se cornpletara el trabajo en la libreta, 0 sea,
computes, discusion y conclusion". Lo que les falte se cornpletara en sus casas (antes
de proceder con el proximo experimento).
I. Orqanizacion de la informacion
A. Fecha - Se refiere a la fecha en que se esta escribiendo enla libreta. Si el
laboratorio duro mas de una semana escriba la nueva fecha justa don de cornenzara a
escribir la informacion de ese dia.
B. Titulo - Escriba el titulo completo.
Ej.: Extraccion de cafeina del cafe, en vez de Extraccion. No abrevie.
C. Objetivos - ~Para que se hace el experimento? ~Que se espera que aprenda?
Escrlbalo en una 0 mas oraciones. No escriba en frases. Si son varios objetivos podra
enumerarlos si 10 prefiere.
D. Reacciones - Si el experimento que llevara a cabo es uno donde ocurnran
reacciones quimicas, escriba las ecuaciones quimicas para ellas. Si estara lIevando a
cabo un experimento de sintesis, escriba la reaccion principal que llevara a cabo y las
reacciones secundarias importantes. Conviene conocer el mecanismo de la reaccion
para de esa manera poder saber cuales son las reacciones secundarias. ~Para que
deseamos saber estas reacciones? Pues una vez preparemos nuestro producto
tenemos que purificarlo, 0 sea, separarlo del material de partida que quede sin
reaccionar y de otros productos que se hayan formado. Debemos saber cuales son los
contaminantes de nuestro producto para poder discriminar entre las posibles tecnicas
de purificacion.
E. Tabla de Propiedades Fisicas - Si esta Ilevando a cabo un experimento sobre
una tecnica de laboratorio (destilacion, recristalizacion, extraccion) prepare una lista de
los compuestos quimicos importantes que usara. Si el experimento es de sintesis, la
lista consistira unicamente de los reactivos y productos (principal y secundarios). Los
compuestos y soluciones que utilizara en los pasos de purificacion y los solventes no
fiquraran en esta tabla. Para cada compuesto buscara las propiedades flsicas que Ie
podran ser relevantes en el experimento: fQrmula molecular, peso molecular, punta de-
12
~n, punto de ebullicion, densidad, solubilidad en diferente$ solventes y cualquier
informacion adicional que Ie pueda ser util en el desempefio del experimento.
Recuerde, a usted Ie interesa saber con que sustancias estara trabajando; es muy
importante conocer sobre su peligrosidad. Por 10 tanto usted debe buscar esa
informacion antes de Ilevar a cabo el-experimento. Tambien es importante conocer si
son solidos, liquidos 0 volatiles y cualquier otra caracteristica que Ie permita trabajar
con conocimiento y seguridad. La lista de compuestos con sus propiedades fiquraran
en una tabla que preparara. Esta informacion la podra obtener de una de las
referencias indicadas mas adelante.
13
F. Calculos de Rendimiento Teorico - Si esta Ilevandoa cabo un experimento de
sintesis, es muy importante que calcule el rendimiento tea rico de la reaccion. ~Por
que? Usted quiere saber que cantidad de producto se forrnara. Para hacer esto puede
utilizar la tabla de propiedades fisicas que prepare. Calcule los moles que utilizara de
cada reactivo y determine cual de ellos es el reactivo limitante. Con esta informacion
calcule el nurnero de moles de producto esperado y la masa de este. Esta masa de
producto es el rendimiento teorico expresado en gramos.
G. Procedimiento - Escriba un procedimiento completo de modo que pueda hacer
el experimento con su libreta, sin necesidad de utilizar el manual de laboratorio. Si 10
cree necesario dibuje 0 describa con detalle cualquier equipo que utilizara. Haga
anotaciones sobre las precauciones que debe de tener con determinados compuestos
'0 pasos del experimento.
H. Observaciones y Datos - Escriba en la libreta 10 que usted hizo y observe. Esto
debe hacerse mientras esta haciendo e/ experimento. Escriba todas /as
observaciones que haga. Note los cambios en color, aumento en temperatura,
forrnacion de un precipitado 0 cualquier cosa que ocurra. Cualquier rnodificacion al
experimento 0 errores cometidos deben ser indicados. Usted retetsre /0 que
hizo y observe usando e/ tiempo pasado. Las observaciones y datos seren
en forma narrativa segun /0 que hizo y observe. AI terminar se debe preguntar: ~si
esta libreta fuese de otra persona, podria yo reproducir los resultados obtenidos?
Recuerde que esta informacion la utilizara para analizar sus resultados experimentales.
I. Graficas - Debe usar papel de qrafica. Deben estar en tinta, tener titulo y ejes
identificados. Deben ocupar el maximo de papel que sea posible. Debe trazar la mejor
curva.
J. Discusion de resultados - Discutir y explicar, ~como comparan los resultados
obtenidos con los esperados? Si no hay informacion teorica para comparar, debe
especificarlo asl. Discutir la informacion que se Ie puede extraer alas qraficas, Discutir
todas las posibles fuentes de error. Si cornetio alqun error en el experimento, explicar
como afecto ese error sus resultados. Si sus resultados no concuerdan con 10
esperado, presente ideas 0 explicaciones para dicha diferencia. Cualquier comentario
del rnetodo, sugerencias, etc., que quieran hacer pueden incluirlos en esta seccion
siempre y cuando sean de caracter cientifico.
K. Conclusion - Escriba un parrafo corto (una 0 dos oraciones) cerrando la
discusion del experimento. Puede usar como guia las siguientes preguntas: Gse
lograron los objetivos? GQue alcance tiene el rnetodo? GEs confiable?
L. Referencias - Escrlbalas en el orden en que aparecen en el manuscrito,
indicando el nurnero en el mismo, entre corchetes (eg[1]). EI formato a seguir es:
Autor, Titulo, Edicion, Editorial, Ciudad, publicacion y paqinas utilizadas.
En ocasiones debera consultar otras referencias en adicion al manual de
laboratorio. Por ejemplo, si desea buscar el mecanismo de una reaccion 0 si necesita
buscar propiedades flsicas de las sustancias con las cuales trabajara. Las referencias
que resultan mas utiles para buscar propiedades flsicas son las siguientes:
1. CRC Handbook of Chemistry and Physics, CRC Press, Inc. Boca Raton, Florida.
2. Lange's Handbook of Chemistry, McGraw Book Company, New York, New York.
3. The Merk Index, Merck & Co., Inc., Rahway, New Jersey.
4. The Aldrich Catalog, Aldrich Chemical Co., Inc., Milwaukee, Wisconsin.
II. Normas Generales
1. No borrar, no hacer "overwrite", tache sus errores con una sola linea (de
modo que se pueda leer' 10 tachado).
2. No dejar espacios 0 paqinas en blanco. AI finalizar un experimento, si
queda un espacio, trazar una linea diagonal a traves de el espacio disponible.
Escriba sus iniciales y fecha al finalizar cada experimento.
EI instructor de laboratorio revisara su libreta peri6dicamente durante el semestre.
Adernas firmara su libreta al finalizar cada periodo de laboratorio. Los puntos mas
importantes que observara el instructor al revisar su libreta seran los siguientes:
1. GUs6 tinta azul 0 negra?
2. GEs su escritura clara y legible?
3. GEsta el indice al dia?
4. GEsta el trabajo de cada dia firmado y fechado por el estudiante?
5. GTiene cada secci6n un encabezamiento que describa el trabajo informado?
6. GSe describe el trabajo completamente de modo que se pueda entender sin
explicaci6n adicional?
7. GEsta el estudiante "pensando" en la libreta? GFueron las ideas y
observaciones anotadas inmediatamente?
8. GComplet6 el estudiante la discusi6n y conclusi6n del experimento anterior?
A continuaci6n se muestran dos ejemplos del modo en que se debe trabajar en su
libreta de laboratorio. Se presentan dos experimentos hasta la secci6n de datos y
observaciones. La discusi6n, conclusi6n y referencias no estan incluidas en estos
ejemplos.
15
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Lo des-T,/Q6~ e:!> LArK) de. Los me-}-odos ~ 'Sepc/ooo:, y 'PUri-F:ca~
.~ t/'qu..idos. ~ ~ ~(}~~9a.rd u.1 i/EftA:lds 1.Ir'Ja ~da liqu..:do:
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Lue90 d.e I"'~c.ihir ~I d..esC(;y)oc.ido de!~tY1Os de..~cav-b :s::::bre su.l+cdt>
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23
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3(12.103
//Hz
24
Aparatos Comunes:
embudo
Aparatos de laboratorio
embudo de Buchner embudo de polvo
matraz de Erlenmeyer matraz de filtraci6n gotero
bane Marfa plancha de calentamiento
agitador
~c::==t __ •
aro de hierro
25
J
probeta vaso
calentador
>
gato de laboratorio
grapa
Aparatos con uniones de vidrio esmerilado:
condensador
Liebig
embudo de
separaci6n
condensador
West
matraces de fondo redondo
adaptador
Claisen
cabezote de
destilaci6n
26
adaptador
de vacio
matraz de fondo redondo
de tres cuellos
,
B B
tapa adaptador
de term6metro
Aparatos para micro escala:
Durante los ultirnos arias se ha despertado la conciencia de todos can respecto a la
importancia de la seguridad personal en el laboratorio y sabre los peligros a los que
estamos expuestos si seguimos contaminando nuestro ambiente. Como consecuencia
de los excesos cometidos contra el ambiente se han establecido nuevas leyes para
reglamentar el usa de sustancias quimicas. Las instituciones educativas como
consecuencia de esto se han estado ocupando de reducir las cantidades de sustancias
quimicas a usarse en los experimentos de quimica. Para poder realizar estos
experimentos can cantidades pequerias se han diseriado aparatos can las dimensiones
apropiadas. Los profesores Dana Mayo de Borudoin College y Kenneth Williamson de
Mount Holyoke College han producido estos aparatos para trabajar en micro escala.
Algunos de los experimentos que ustedes realizaran seran can la tecnica de micro
escala la cual utiliza aproximadamente 0.19 de material. Se utilizara equipo diseriado
par Kenneth Williamson.
27
PARTE I: EXPERIMENTOSDE
CONOCIMIENTOS BAsICOS Y
TECNICAS DE PURIFICACION
29
Visualizando la tridimensionalidad de las rnoleculas
EI objetivo de este ejercicio es fam.iliarizar al estudiante con la tridimensionalidad de las
rnoleculas. Estudiaremos primeramente (Parte A) los elementos de simetria: eje de
rotacion (en) Y plano de simetria (0). Luego de conocer estos conceptos y aplicarlos a
rnoleculas sencillas, estudiaremos la simetria de metano y sus derivados (Parte B).
Tarnbien nos familiarizaremos con la idea de que los enlaces pueden (en la gran
mayoria de los casos) girar libremente produciendo isorneros conformacionales (Parte
e). Luego estudiaremos isorneros configuracionales(Parte D) e isomerismo
qeornetrico de alquenos (Parte E). La experiencia adquirida se aplicara a los
compuestos ciclicos (Parte F) y final mente exploraremos los conceptos de adividad
optica y la clasificacion de enantiomeros y diastereorneros (Partes G-J).
Inspeccione su caja de modelos moleculares. Familiaricese con los diferentes
componentes que se utilizaran para armar los modelos de molecules.
Ademas Ie estamos proveyendo una hoja que contiene un circulo mostrando diferentes
anqulos, Este Ie sera de gran ayuda cuando tenga que rotar los modelos.
A. SIMETRiA
Decimos que una rnolecula posee simetria cuando tiene dos 0 mas orientaciones en el
espacio que no se pueden distinguir una de la otra. La operacion por la cual una
orientacion se cambia a otra equivalente (indistinguible) se conoce como operacion de
simetria. Estas operaciones de simetria (rotacion, reflexion, inversion) se lIevan a cabo
a traves de un elemento de simetria (punto 0 centro, eje, plano).
Generalmente se usan los siguientes elementos de simetria para describir la simetria
de una rnolecula: eje de rotacion (en)' plano de simetria (0), centro de simetria (i) 0
inversion, eje de rotacion-reflexion e identidad (E). A continuacion se presenta el eje de
rotacion, el plano de simetria y la identidad.
1. Eje de rotaci6n (en)
Si al rotar una rnolecula a traves de un eje por un anqulo de 360o/n, donde n es
un nurnero natural, se produce una orientacion de sus atornos indistinguible de
31
la original, se dice que la rnolecula posee un eje de rotaci6n de orden .0.;un eje
Cn. La operaci6n de sirnetrla es rotaci6n. AI eje de orden mayor se Ie llama eje
principal. En este caso, el arden da el nurnero de operaciones consecutivas que
produce la orientaci6n original (identidad). Cuando el anqulo es 3600 el orden es
1; decimos que la rnolecula no posee este elemento de sirnetria porque como es
de suponer, toda rnolecula que se rota 3600 alrededor de un eje va a tener una
orientaci6n de sus atornos en el espacio indistinguible a la que tenia antes de la
rotaci6n.
Ejemplos:
a. H2 La linea entrecortada corresponde a un eje de orden ~,o sea, un
eje C2 debido a que debemos rotar a la molecule par 10 menos 1800 para obtener una
orientaci6n de los atomos indistinguible de la orientaci6n que tenlan antes de rotar.
GTendra otro eje de simetrla?
rotaciOn de 1800
------ ..
BCI3 tiene una geometrfa trigonal plana. AI rotar 1200 a traves de un eje que pasa por
el atorno de boro perpendicular al plano de la molecula obtenemos a la molecule con
una orientaci6n de sus atomos indistinguible de la original. Si repetimos la operaci6n
de rotaci6n obtenemos nuevamente una orientaci6n indistinguible de la original. Si
volvierarnos a rotar se obtendria a la rnolecula con la misma orientaci6n que tenia
originalmente. Vemos que al rotar 120 0 tres veces consecutivas obtenemos la
orientaci6n original. En resumen, la rnolecula tiene un eje C3.
32
Tendra ejes C2? _
GCuantos?
Ahora trabaje del, mismo modo algunas de las siguientes molecules:
BCIF(Br)
2. Plano de Simetria (0, Sigma)
Es un plano imaginario que pasa a traves de una rnolecula de tal forma que la
parte que queda en uno de los lados de dicho plano es la imagen especular (el
reflejo) de la parte que queda en el otro lado. La operaci6n de simetrfa es de
reflexi6n.
Ejemplos:
a) H2
Plano de simetrfa
GHay alqun otro en esta rnolecula? _
llustrelots) _
b) GTiene esta molecule otros pianos de simetrfa?
llustrelots)
B_C1, ~
----CI3/'
Busque los pianos que poseen las moleculas NF3 y H20. Debe hacer y/o dibujar el
modelo mostrando la geometrfa molecular.
3. Identidad (E)
Lo posee la molecule cuando se produce una orientaci6n identica a la original.
Toda rnolecula posee este elemento de simetrfa.
33
B. METANO (CH4) Y SUS DERIVADOS
Haga el modele molecular de metano. Para esto use un tetraedro negro, cuatro
enlaces y cuatro esferas blancas. Note que el carbono central tiene hibridaci6n sp3 y.
el arreglo espacial de estos orbitales forma un tetraedro.
Coloque el modele al frente suyo de manera que este orientado igual que en la Figura.
Recuerde que las Ifneas rectas ( __ ) indican enlaces orientados en el plano del
papel, las lineas entrecortadas C·'''IIIII) indican enlaces hacia detras del papel y las
curias (~) indican enlaces hacia el frente del papel. Este sistema es lIamado
Sistema de Caballete 0 de cunas y Ifneas entrecortadas. Coloque su modelo de metano
sobre la hoja provista con el cfrculo. Coloque la hoja al nivel de sus ojos como se
ilustra a continuaci6n;
Gire su modele al frente suyo (girando alrededor del enlace C-H1 en la misma direcci6n
que el movimiento de las manecillas del reloj) de manera que quede orientado de las
siguientes formas:
34
a b
Dibuje usted en el espacio provisto las figuras b, c y d.
H1
~ gire 30°
H /C'"I/~ ------.-
2 H3
. e 30°gp.: --~ . e 60°-~---.-
a b c d
Aprenda a visualizar la rnolecula en tres dirnensiones' al inspeccionar las figuras en dos
dimensiones a-d. Note que es la misma rnolecula vista de anqulos diferentes. Para
pasar de a-b-e-d no se tienen que romper ni formar enlaces, solo reorientar la rnolecula
en el espacio.
Para que pueda familiarizarse mejor con la tridimensionalidad de metano busque ahora
el (Ios) eje (s) de rotacion Cn que tiene la molecule. Como ya ha visto, el eje de
rotacion (Cn) es una linea imaginaria, a traves de la cual, giramos por un anqulo de
360° In grados, y observamos que la orientacion de los atornos en el espacio es
indistinguible de la orientacion original (n es lIamado el orden de rotacion). Le sigerimos
que coloque al modelo de metano sobre el circulo y comience lentamente a rotar
alrededor del enlace mismo C-H a traves del cual rota anteriormente. Comience a rotar
y vaya observando: ~cuando es que la orientacion espacial de la molecule es
indistinguible de la original: a los 10°, 30°, 60°,90° 0 120°? Note que la rnolecula de
metano tiene ejes C3' 0 sea, despues de rotar 360°/3 = 120° la orientacion de sus
atornos es indistinguible de la orientacion que tenlan antes de lIevar a cabo la rotacion.
-~--------~~--------------------------~~----~~-------
---~
Algil'ar lZOo
La molecula de metana tiene 4 ejes C3. Uno a traves del enlace C-H1 y los otros tres a
traves de los enlaces C-H2' C-H3 Y C-H4. La molecule de metana tambien tiene 3 ejes
C2. Estos son un poco mas diffciles de ver. Localice estos 3 ejes.
Busque ahara los planes de simetrla (0). Como ha vista, el plano de sirnetrla (0) es un
plano imaginario que pasa a traves de una rnolecula de tal forma que la parte que
queda en uno de los lados de dicho plano es la imagen especular (el reflejo) de la parte
que queda en el otro lado.
Note que la rnolecula de metana tiene 30 que contienen el eje C3 que pasan a traves
del enlace C-H 1.
C ..,
Hs/ \"111H2
~
EI plano del papel es un plano (0) que pasa a traves el carbona central y los
hidr6genos H1 y H3· Encuentre los otros dos.
l.,A traves de que atornos pasan estos dos planes? _
38
La molecule de metano tiene otros pianos de simetrfa que no contienen el eje C3
seriaiado. GCuantos pianos de simetrfa tiene la rnolecula de metano?
GA traves de que atornos pasan estos otros pianos?
Haga ahora la molecule de elorometano (CH3CI). Para esto use un carbono central de
hibridacion sp3 (negro), 4 enlaces, tres esferas blancas y una esfera 0 pieza verde
como eloro. Coloque el modelo al frente suyo de las siguientes formas:
CI CI H H H
I I I I I
"c C C'.'II/ C ,.,'
CI/C\"""H
\\\\,." ~ " 1'" H/ \ II/CI ,,/ "II/JH~. '/11/
H H H"l H
H \
H
H
H CI H
Note que es la misma rnolecula vista de diferentes anqulos,
Busque los ejes y pianos de simetrfa de esta rnolecula: Cn yo. De el orden n, el
nurnero de ejes Cn y el nurnero de pianos a que posee.
n nurn. de Cn a
Establezca una comparaci6n entre estos nurneros y los de metano.
Haga el modelo de la molecule de dielorometano (CH2CI2) y dibuje abajo cuatro
orientaciones diferentesde esta.
Busque el (Ios) eje (s) y plano (s) de simetrfa.
Indique si posee un eje Cn a traves de alqun enlace
Sf No
Indique si posee un eje Cn entre enlaces
39
Si No
De poseerlo, ~cual es el orden n del eje? _
Indique si tiene un plano a y a traves "de que enlace (s) _
~C6mo comparan el nurnero de elementos de simetria y Cn de diclorometano con los
de metano y clorometano? _
Haga el modelo de la rnolecula de bromodiclorometano (CHBrCI2) y dibuje abajo cuatro
orientaciones diferentes para esta.
Busque el (Ios) eje (s) y plano (s) de simetria. De el orden n y el nurnero de pianos a
que posee.
n a
Establezca una comparaci6n entre estos numeros y los de metano, clorometano y
diclorometano?
C. ISOMEROS CONFORMACIONALES:
Los grupos unidos por enlaces carbono-carbono sencillos (en la gran mayoria de los
casos) pueden girar libremente alrededor de estes, por 10 tanto, pueden asumir
diferentes orientaciones en el espacio de modo que la forma de la molecula cambia.
Estos diferentes arreglos para una misma rnolecula son lIamados conf6rmeros 0
Is6meros conformacionales.
40
Haga el modelo de etano (H3C-CH3) usando 6 enlaces cortos (C-H) y uno largo (C-
C). Coloque el modelo frente a usted y gire el enlace C-C. Observara que cambia la
orientaci6n de los atornos en el espacio y cambia la forma de la molecule. Existe un
numero infinito de conf6rmeros para la rnolecula de etano. Coloque el modelo frente a
usted a la altura de sus ojos de modo que no pueda observar el enlace C-C. (Un
atorno de carbona estara frente al otro de modo que el segundo no se vera). Rote el
enlace C-C moviendo el grupo metilo que esta mas cerca de usted. Observara que en
un momento dado los tres enlaces C-H del metilo mas cerca de usted no permiten ver
(eclipsan) los tres enlaces C-H del metilo mas alejado. A esta conformaci6n Ie
lIamamos la conformaci6n eclipsada. Aquf el anqulo entre enlaces a los dos carbonos
vecinos (anqulo diedro) es 0°. Cuando el etano asume una conformaci6n eclipsada los
electrones de los enlaces C-H se repelen con mas fuerza.
Hay diferentes formas de representar los diferentes conf6rmeros en papel, los cuales
se muestran a continuaci6n en su conformaci6n eclipsada. Coloque el modelo de las
formas siguientes:
H
H /
\ »>: ci
H'1 ~H
H
H H
H H
~~H
H--+--H
H---+--H
H H
caballete Proyecci6n
Newman
Caballete
Vertical
Proyecci6n
Fischer
Eclipsado
Coloque frente a usted y a la altura de su vista al modelo de etano en su conformaci6n
eclipsada de modo que uno de los carbonos queda detras del otro como se ilustra:
H H
~~
\ /
,.C c
I ~HH\
H
Decimos que el anqulos entre los enlaces C-H es de 0°. Si comienza a girar el enlace
C-C, observara que los enlaces C-H comienzan a alejarse (aumenta el anqulo diedro)
.En un momento dado el anqulo entre cualquiera dos enlaces C-H sera de 60° y este es
el conforrnero alternado. Este es' el contorrnero mas estable porque al estar los
enlaces C-H mas alejados, las repulsiones electronicas son menores. A estas
repulsiones electronicas la lIamamos tension torsional. Coloque el conformero
alternado de las formas siguientes:
~;H
H /-
\ ----~
.C \
"'j
H'Ar H
H
caballete
H
HyfyH
H~H
H
Proyeccion
Newman
Alternado
La proyeccion Fischer solo se utiliza para representar conformaciones eclipsadas.
Dibuje nuevamente todos los isorneros dados para etano en los espacios provistos:
Caballete Newman Caballete Vertical Fischer
Eclipsado
Caballete Newman
Alternado
42
A continuacion se presenta una qrafica que muestra la relacion entre la energia relativa
de la molecula vs. el anqulo de rotacion (perfil enerqetico):
1!>HH
H
H
~H
HQ-H
'id....•
~
.JB
oe,
I'd
'~
~
r:r.l
~I--------~I--------~------~I~------~I--------~------~
00 600 1200 1800 2400 3000 3600
anqulo de rotacion, grados
La energia requerida para rotar la molecula de etano en torno al enlace carbono-
carbono se llama energia torsional. Esto implica que la inestabilidad relativa de la
conformacion eclipsada se debe a la tension 0 repulsion torsional.
1 234
Haga el modelo de butano (CH3-CH2-CH2-CH3)
Para esto use los carbonos C2-C3 como los centrales y gire el enlace entre estes para
obtener los siguientes conforrneros:
H:$H H H~C~ )1}:H H H
H
H HCH:3
Alternada A Alternada B Eclipsada A Eclipsada B
(Anti) (Gauche) (Syn)
l,Cual debe ser la conformacion mas estable? l,Por que? . La
estabilidad de las conformaciones de n-butano se ve afectada por un factor adicional a
la tension torsional. Los grupos rnetilos al ser mas grandes que hidroqeno, se
aglomeran, se encuentran a una distancia menor que las sumas de sus radios de Van
der Waals; esto produce tension esterica conocida como tension 0 repulson de Van der
.Waals.
tension de Van der waals
)
tension de Van der waals
Alternada gauche Ecli psada syn
Dibuje en el espacio provisto las mismas conformaciones de butano dadas en la paqina
anterior usando el sistema de caballete en lugar de la proyeccion Newman. (Curias y
Ifneas entrecortadas). Para esto, coloque el modelos frente a usted a la altura de su
vista.
Alternada A
(Anti)
Alternada B
(Gauche)
Eclipsada A Eclipsada B
(Syn)
I
. I
44
Dibuje la curva que representa los cambios de energfa potencial relativa para diferentes
anqulos de rotacion del enlace C2 - C3 en la molecule de butano. Adernas, dibuje las
representaciones Newman de las conformaciones que faltan (de la nurn. 2 a la 7).
Observe que ha comenzado con la conformacion alternada anti.
120° 180° 240°
angulo de rotacion, grad os
1 2 3 4 5 6 7
Ejercicio:
Para la rnolecula de 2,3-dicloro-4-metilpentano
a) Dibuje las proyecciones de Newman asociadas a cada conformacion, utilizando la
rotacion alrededor del eje C2-C3. '
1 2 3 4 5 6 7
b) Haga un diagrama de energia potencial vs. anqulo de rotaci6n cuantitativo para
2,3-dicloro-4-metilpentano. Utilice el diagrama que se provee y tome los valores que
se indican a continuaci6n, ademas de los que usted ya ha aprendido para butano:
I
00
I
60°
I
1200 1800 2400
angulo de rotacion, grados
3000 360
0
11- L\Go (Kcallmol) para Interacciones
eclipsada alternada
H-H 1.0 H-H 0.0
H-CH3 1.4 H-CH3 0.0
H-CI 1.1 H-CI 0.2
CI-CI 1.7 CI-CI 0.5
CH3-CI 1.9 CH3-CI 0.7
CH3-CH3 2.5 CH3-CH3 0.9
CH3CH2-CI 1.8 CH3CH2-CI 1.0
CH3CH2-CH3 3.2 CH3CH2-CH3 1.3
CH3CH2-H 2.0 CH3CH2-H 0.7
CH(CH3)2-H 2.1 CH(CH3)2-H 0.9
CH(CH3)2-CH3 3.1 CH(CH3)2-CH3 1.7
CH(CH3)2-CI 2.2 CH(CH3)2-CI 1.3
46
Existen dos tipos de is6meros: los constitucionales y los estereois6meros. Los
is6meros constitucionales son moleculas que aunque tienen la misma f6rmula
molecular tienen los atornos conectados en secuencia diferente. Por ejemplo, haga el
modele de n-butano (C4H10) utilizando 4 carbonos (negros), 3 enlaces largos (C-C) y
10 enlaces cortos (C-H), y con los mismos atomos y enlaces haga a 2-metilpropano
(C4H10). Note que para hacer estos dos modelos con los mismos carbonos, hay que
romper y formar enlaces para poder convertir uno en otro. Esto es, son dos molecules
diferentes con propiedades quimicas y fisicas diferentes. Otro ejemplo de esto son los
compuestos etanol (CH3CH20H) y dimetil eter (CH30CH3).
Los estereois6meros tienen la misma forma estructural pero difieren en el arreglo
espacial de sus atornos. Esto es, todos sus atornos estan conectados en secuencia
identica, pero su arreglo en el espacio varia. A su vez, existen dos tipos de
estereois6meros: los conformacionales y los configuracionales. Los is6meros
conformacionales que ya hernos estudiado, comprenden los diferentes arreglos, para
una misma rnolecula, que se obtienen por rotaci6n de enlaces sencillos. Un ejemplo
de estes son las conformaciones alternadas antiy gauche de n-butano. Los is6meros
configuracionales son por su parte rnoleculas diferentes que tienen la misma
f6rmula estructural y diferente arreglo espacial de sus atornos.
D. ISOMEROS CONFIGURACIONALES
E. Alquenos
Los alquenos poseen un enlace doble carbono-carbono. Este enlace restringe la
rotaci6nentre estos atomos, La rnolecula (hibridaci6n sp2 en los dos carbonos) es
plana y rigida. Esto indica que pueden existir dos is6meros no estructurales donde la
secuencia de atomos es la misma y s610 varian en su arreglo espacial. Son
estereois6meros, son is6meros configuracionales.
Haga el modele cis-buteno (use dos enlaces curvos para hacer el C=C).
Busque el (Ios) eje (s) y plano (s)
de simetria. LCual es el orden n en Cn?
H:3, _ /CI-Is
r>:
H H
cis-2-buteno a
47
Ahora haga el modelo de trans-2-buteno usando estos mismos atornos y enlaces.
H3~' H
'" -' /
/c-~
H CHs
trans-2-buteno
Note que para hacer esto tiene que "romper" el enlace doble y hacerlo de nuevo, (0
romper un enlace C-CH3 y otro C-H y formarlos de nuevo con el arreglo espacial
deseado). Tuvo que lIevar a cabo una "reaccion quimica" para convertir uno en el otro;
no basta solo una rotacion simple como en el caso de los conformeros. Esto indica,
nuevamente, que cis-2-buteno y trans-2-buteno son dos compuestos diferentes y no
conformaciones diferentes de la misma molecule. Estos compuestos son lIamados
isorneros configuracionales cis-trans de 2-buteno, tarnbien se conocen como isorneros
qeometricos.
Haga ambos modelos (cis y trans-2-buteno) y trate de sobreponerlos. Note que no hay
manera de girarlos en el espacio para hacer que coincidan todos los grupos.
Evidencia adicional de que son dos compuestos diferentes (estereoisorneros).
GQue requerimientos se necesitan para que un alqueno en particular pueda tener un
estereoisomero qeornetrico? Cad a carbono del enlace doble debe tener dos
sustituyentes diferentes.
Haga modelos de todos los compuestos presentados a continuacion e indique (en el
espacio provisto) si cada uno tiene 0 no estereoisomero qeornetrico y si posee pianos
(0) (en adicion al plano que coincide con el plano molecular) y ejes (Cn) de simetria.
De tener ejes de sirnetria, favor de indicar la cantidad y orden. Para hacer estos
modelos use tetraedros de distintos colores para representar los substituyentes que no
sean hidroqeno.
)
GExhibe
isomerismo
geometrico?
GTiene plano(s) 0
adicional(es) al
plano molecular?
GTiene eje( s)
Cn ?
48
GExhibe
isomerismo
geometrico?
GTiene plano( s) a
adicional( es) al
plano molecular?
GTiene eje( s)
en ?
H3C" H,,_/
C-~
H3C~ H
H3~ H
"'-_/C-,
H3C~ a
H3C" H,,_/C-,
B-~ a
F. CICLOALCANOS
Los compuestos que tienen los atornos de carbono unidos entre sf formando cadenas
abiertas son lIamados alicfclicos 0 de cadena abierta. Existen tambien compuestos
similares cuyos atornos de carbono estan unidos formando anillos lIamados cfclicos ..
Es interesante notar que la presencia de un anillo restringe la rotacion alrededor de los
enlaces sencillos (en forma analoqa a los enlaces dobles), dando lugar a que tarnbien
puedan existir estereoisorneros que tarnbien se les conoce como isorneros
qeometricos.
Haga el modelo molecular de 1,2-dimetilciclobutano. Para simplificar use solo dos
tetraedros negros para los metilos. (ver Figura).
Note ahora que debido a la rigidez que Ie da la presencia del anillo se pueden colocar
los metilos cis 0 trans. a sea, que existe isomerismo qeometrico en los cicloalcanos.
H H
cis-1,2-dimetilciclobutano trans-1,2-dimetilciclobutano
Busque para ambos isomeros eje(s) (Cn) Y plano(s) de simetrfa (0). Indique si contiene
estos elementos 0 no, a traves de que partes de la rnolecula (enlaces, atornos 0 centro)
pasan estes y el orden n. Utilice los espacios provistos. Notara que en el anillo de
cuatro carbonos el anqulos entre los enlaces es menor de 109.5° (el anqulo tretraedral I )
normal), por 10 tanto, este anillo tendra tension angular.
eje(s) (Cn) plano(s) 0
cis-1,2-dimetilciclobutano
trans-1,2-dimetilciclobutano
50
Haga ahora los modelos moleculares de cis- y trans-1,3-dimetilciclobutano (ver figura).
Busque, para ambos, ejes (Cn) y pianos de simetria (0) e indique a traves de que
partes de la molecule (enlaces, atornos 0 centro) pasan estos.
H H
eje (s) (Cn} plano (s) 0
cis-1,3-dimetilciclobutano
trans-1,3-dimetilbutano
Trabaje ahora algunas de las siguientes molecules:
trans-1-bromo-2-clorociclopentano cis-1-bromo-3-clorociclobutano
cis-1-bromo-2-clorociclopentano trans-1-bromo-3-clorociclobutano
Ciclohexanos
Haga el modelo molecular de ciclohexano usando los enlaces largos, colocando
enlaces cortos para todos los hidroqenos, Note que para mantener los anqulos
tetraedrales la rnolecula asume preferentemente una conforrnacion de silla. Esta
conformacion tiene un minimo de tension angular. Toda desviaclon de los anqulos de
enlaces normales va acornpariada de tension angular. Su modelo debe verse asi:
H
H
H
H
H
H
Inspeccione cuidadosamente su modelo y observe que hay hidroqenos que ocupan
posiciones de dos tipos distintos. Algunos (seis) se encuentran en el "plano" de la
51
rnolecula y son lIamados ecuatoriales (e) y los que quedan sobre 0 debajo son
lIamados axiales (a). Tres enlaces axiales tocan la mesa al colocar el modelo sobre
esta.
Para dibujar correctamente la silla siga los pasos mostrados a continuaci6n:
1
2
3
)
4
5
52
Observe que en el paso 4 se ariaden los enlaces axiales y se dibujan llneas verticales
hacia arriba en los vertices que miran hacia arriba y lineas verticales hacia abajo en los
vertices que miran hacia abajo. Los otros enlaces que no ocupan una posicion axial son
los ecuatoriales (paso 5) y aqui se dibujan llneas horizontales con una leve inclinacion
hacia abajo en los vertices que miran hacia arriba, y Ifneas horizontales con una leve
inclinacion hacia arriba en los vertices que miran hacia abajo.
Coloque la silla frente a usted con la orientacion de la silla I que se presenta a
continuacion. Ahora suba el carbon #1 y simultaneamente baje el carbona #4. EI
resultado sera la rotacion de: todos los enlaces C-Cy la silla resultante se vera como
silla II. Note que esta puede facllrnente convertirse en otra silla subiendo y bajando
sirnultaneamente los carbonos de los extremos (C1 y C4):
Silla I l;l~
2 4
He H
- e
5 4
H~
Note 10 que Ie pasa alas posiciones que ocupan los hidroqenos al convertir una en la
otra. Esto es facil de ver si "marcamos" los hidroqenos con substituyentes y notamos la
orientacion de estos al cambiar de una silla a otra. Coloque seis (6) esferas en las
posiciones axiales de la silla I y convierta este modelo en la silla II. {.Que pasa?
Otra forma de representar esta conformacion silla de ciclohexano es usando la
proyeccion de Newman. Esta forma de representacion enfatiza las posiciones
alternadas que ocupan los hidroqenos en carbonos vecinos.
H~
H~
Proyeccion Newman de la conforrnacion silla de ciclohexano
Doble ahora el extremo izquierdo del modelo hacia arriba (haga esto con mucho
cuidado pues los enlaces plasticos son tan maleables como los enlaces y se rompen) y
note que la molecule asume conformaci6n de bote. Dibuiela de las dos formas
diferentes en que se represent6 la cohformaci6n silla.
H f!l
conformaci6n bote de ciclohexano
Estructura de Ifneas Proyecci6n Newman
Compare ambas conformaciones (silla y bote). ~Cual debe ser la mas estable? ~Por
que?
En realidad la rnolecula puede asumir un numero infinito de conformaciones; basta con
rotar los enlaces C-C y ver todas las formas que puede tener. Usual mente
identificamos por nombre a las que representan las mas estables (mfnimos en el
diagrama de enrgfa) y las menos estables (rnaxirnos en el diagrama).
A continuaci6n se presenta una qrafica que muestra las energfas libr~s relativas para
las conformaciones de ciclohexano. ~,
54
semi-silla
Conformaci6n Molecular
Haga el ejercicio con el modelo de ciclohexano de convertir la silla en semi-silla. l.Que
Ie ocurren alas tensiones angulares, torcionales y de Van der Waals? Ahora pase al
bote y analice como cambian estas tensiones. Ahora pase al bote torcido y analice.
Haga el modele de metilciclohexano y note las posiciones que ocupa el metilo al pasar
de la sillaI a la II.
H
H
H
H
I II
Existen dos conformaciones silla que constantemente se estan interconvirtiendo una en
la otra. l.Cual de las dos es mas estable? Explique.
55
Dibuje en el espacio provisto ambas conformaciones (Silla I y Silla II) de
metilciclohexano.
Silla I Silla II
metilciclohexano
Coloque el modelo de metilciclohexano en forma de bote de modo que el grupo metilo
quede en uno de los extremos (proa 0 popa) tal y como se muestra a continuacion en la
siguiente estructura de lineas (bote I):
ICH3
- 1
C
Bote I Bote II
Ahora rote el modelo de modo que los carbonos 1 y 4 queden hacia abajo como se
ilustra en el bote II.
GCual de los dos es mas estable? Explique.
Haga el modelo de trans-1,2-dimetilciclohexano. Para esto coloque ambos metilos en
posicion ecuatorial. Asi: ' ..
56
Ahora convierta esta silla a la otra y yea que posrciones ocupan los grupos metilo.
Debe notar que ahora ambos grupos metilo estan en posicion axial (a). Sigue siendo la
misma molecule (trans-1 ,2-dimetilciclohexano) solo que en diferente conformacion. As!
que, en trans-1 ,2-dimetilciclohexano 16smetilos pueden estar: a-a a e-e.
Coloque su modele en la conformacion de bote y note las posiciones que ocupan los
sustituyentes.
Haga el modele de cis-1 ,3-dimetilciclohexano y yea que posiciones pueden ocupar los
metilos en las conformaciones de silla. Indique estas en el espacio provisto y repita
este ejercicio para las molecules presentadas a continuacion:
cis-1,3-dimetilciclohexano
trans-1 ,3-dimetilciclohexano
cis-1, 2-dimetilciclohexano
cis-1 ,4-dimetilciclohexano
trans-1,4-dimetilciclohexano
Ejercicios:
1) Considere el siguiente ciclohexano sustituido:
, H3C~CI
V'IIICI
a) Dibuje la conformaci6n silla correspondiente.
b) Haga la representaci6n Newman correspondiente.
I
I
c) Dibuje ambas sillas (interconversi6n de los conf6rmeros). Seriale la que considere
mas estable.
,
d) Utilizando los valores de la tabla de ~Go de sustituyentes, calcule el ~Go para el
proceso de interconversi6n. (3 puntos)
AGo Para Sustituyentes Axiales (Kcal/mol); a 25 OC, (R=1.986 cal/mol K)
CH3
Sr
1.7
0.6
CI
F
0.5
0.2
e) Calcule el por ciento de cada conf6rmero a 25 0C, (R=1.986 cal/mol K).
G. Enantiomerismo
Todas las rnoleculas tienen una imagen de espejo. Algunas rnoleculas son
sobreponibles sobre su imagen de espejo. Por ejemplo: construya un modelo de
clorometano y luego un modelo de su imagen de espejo. Ahora, trate de sobreponer
ambos modelos de modo que coincidan todos sus atornos. Observara que silo puede
hacer. Clorometano y su imagen de espejo son rnoleculas identicas.
Algunas molecules no se sobreponen sobre su imagen de espejo. Por 10 tanto,
rnolecula e imagen de espejo no son identicas, representan molecules diferentes.
Haga el modelo de la rnolecula de 1-bromo-1-cloroetano como se ilustra en la siguiente
figura.
(blanco)
(verde) Cl\\\\\\\/ ~CH3
(negro)
(rojo) Br
Ahora construya el modelo de la imagen de espejo de esta molecula como se ilustra a
continuacion
(blanco) ,
(negro) c~
Birojo)
Ahora trate de sobreponerlos de manera que coincidan todos los grupos. Seguramente
no puede. EI hecho de que 1-bromo-1-cloroetano y su imagen de espejo son no
sobreponibles nos muestra que no son molecules identicas. Estas dos molecules estan
unidas en secuencia identica pero difieren en la orientacion de sus atornos en el
espacio; son estereoisomeros. Molecules que son irnaqenes de espejo no
sobreponibles son lIamadas enantiorneros, 1-bromo-1-cloroetano y su imagen de
59
espejo son un par de enantiomeros. A una molecule que no se sobrepone sobre su
imagen de espejo se Ie llama molecula quiral, decimos que posee quiralidad. A una
molecula que no es quiral (como clorometano) Ie lIamamos aquiral.
Busque plano(s) y eje(s) de sirnetrla para 1-bromo-1-cloroetano. Las moleculas
•
quirales no poseen plano de simetrfa. Observe el modelo de 1-bromo-1-cloroetano.
Podra ver que uno de sus atornos de carbono esta enlazado a cuatro grupos diferentes;
este es un carbona asirnetrico. Cuando una rnolecula posee un solo carbona
asirnetrico esta molecule es quiral. Algunas rnoleculas que poseen dos 0 mas
carbonos asirnetricos son quirales pero otras no 10 son. Una molecula es quiral solo si
no posee un plano de simetrfa.
A los enantiorneros tambien se les conocecomo lsorneros opticos pues poseen
identicas propiedades fisicas y solo difieren en la direccion en que giran el plano de la
luz polarizada. Luz polarizada es luz cuyo campo electrornaqnetico se encuentra
oscilando en un solo plano. Si pasamos luz polarizada a traves de un compuesto quiral
el plano de la luz que emerge ha rotado. Un compuesto que rota el plano de la luz
polarizada es lIamado opticarnente activo. Los compuestos aquirales no rotan el plano
de la luz polarizada y los lIamamos optirnarnente inactivos.
Haga el modelo de bromoclorometano. Ponqalo frente a usted y haga el modelo de su
imagen de espejo. Busque plano(s) 0 un eje(s) de simetrfa. i.Tienen?
(blanco) (blanco)
(blanco)
Birajo)(raja) Br
Trate de sobreponerlos. Ahora sf puede pues el carbono no es asirnetico (no posee
cuatro grupos diferentes pegados). Por 10 tanto clorobromometano no posee un
isornero optico y el modelo que hizo de su imagen espejo es exactamente la misma
rnolecula nuevamente. Observara que esta rnolecula tiene un plano de simetrfa.
60
Verifique si los siguientes compuestos si poseen plano(s) de simetria. Determine si
tienen enanti6meros.
a
Cloroetano
cis-1,2-dimetilciclobutano
trans-1,2-dimetilciclobutano
cis-1,3-dimetilciclobutano
trans-1,3-dimetilciclobutano
H. Otros Enanti6meros:
Hemos visto que un compuesto que posee un solo carbona asirnetrico nunca
puede ser sobrepuesto en su imagen de espejo y es 6pticamente activo. Sin embargo,
la presencia de un carbona asirnetrico no es condici6n necesaria ni suficiente para que
una rnolecula sea 6pticamente activa, ya que puede existir actividad 6ptica en
rnoleculas sin ninqun carbona aslmetrlco, asi como tarnbien pueden ser 6pticamente
inactivas rnoleculas con dos 0 mas carbonos asirnetricos.
Moleculas sin Plano de Simetria
Molecules que no tienen ninqun carbono asirnetrico, pero que no poseen un
plano de simetria son molecules quirales y exhiben actividad 6ptica. Un ejemplo de
este caso es un aleno disubstituido-1,3 (ver figura). En este caso ninqun carbono
puede ser aslmetrico pues ninguno posee hibridaci6n sp3 y por ende no puede tener
61
cuatro sustituyentes diferentes.' Sin embargo, n6tese que la rnolecula no posee ninqun
plano de simetrfa. Haga el modelo usando cuatro (4) enlaces curvos para hacer los
enlaces dobles y busque alqun plano de simetrfa. Note que los sustituyentes quedan
perpendiculares unos a otros:
5
1 ? 3 4/CHs
U-ClIIII' -
'r,j ,;.: c=c=c
H ""'H
Haga (sin deshacer este modelo) el modelo de su imagen de espejo (el de la derecha
en la figura que sigue) y trate de sobreponerlos. l.Que pasa?
I. Sistema Cahn-Ingold-Prelog
Este es un sistema para asignar la configuraci6n absoluta de un carbona asimetrico
utilizando los prefijos R y S. Anteriormente vimos que existen dos compuestos
diferentes lIamados 1-bromo-cloroetano. (ver figura). Para poder diferenciarlos, aunque
tienen el mismo nombre, a uno se Ie asigna el prefijo R y al otro el prefijo S. Uno se
llama (R)-1-bromo-cloroetano y el otro (R)-1-bromo-cloroetano. l.C6mo asignamos
estos prefijos?
Esto se refiere a 10s carbonos 2, 3 Y 4. Los carbonos 1 y
5 S1 tienen hibridaci6n sp3, pero no asimetrico.
62
Estos prefijos se asignan utilizando el rnetodo de Cahn-Ingold-Prelog que hace uso de
unas reglas secuenciales para asignar orden de prioridad a los grupos enlazados al
carbono quiral. En terrninos bien generales la asignaci6n del prefijo R 0 S a un carbono
asirnetrico se hace en tres (3) etapas. Practicaremos este procedimiento con la
configuraci6n de 1-bromo-1-cloroetano de la derecha en la figura anterior. Haga el
modelo molecular de esta configuraci6nde 1-bromo-1-cloroetano.
Primero se asigna un orden de preferencia a todos los atornos enlazados al carbona
asimetrico basandose en su nurnero at6mico. Esto es Br>CI>C>H. Bromo tiene un
nurnero at6mico mayor que cloro, cloro mayor que carbono y carbono mayor que
hidr6geno.
Segundo, se orienta la molecule en el espacio de manera que el grupo de menor
prioridad (menor nurnero at6mico) quede en la parte trasera de la molecule alejado de
usted. Se coloca frente a sl como se muestra en la figura. Ordene los tres grupos que
se observan de mayor a menor como se hizo en la primera etapa (ver figura G=grande,
M=mediano, P=pequeno)
B- (G),
(P) H3C/" a (M)
EI hidr6geno esta exactamente detras del carbono.
Tercero, ahora trace un semicirculo que vaya desde el grupo mayor hasta el menor,
pasando por el media no. Esto 10 representara en el papel con una flecha cuyo principio
sera en el grupo grande y cuya cabeza estara en el grupo pequerio, ver figura.
Ahora note la trayectoria que sigue la flecha, si es a favor de las manecillas del reloj se
Ie asiqnara el prefijo R (del latin rectus 0 derecho); si es en contra se Ie asiqnara el
prefijo S (del latin sinister 0 izquierdo). En nuestro caso en la figura anterior va a favor
de las manecillas del reloj y es (R)-1-Bromo-1-cloroetano.
63
Haga el modele de la izquierda en la figura y asignele su confiquracion absoluta
usando las reglas de Cahn-Ingold-Prelog.
Las reglas completas para asignar orden de prioridad de grupos se presentan a
continuacion:
1.
2.
Atomos con nurnero atornico mas alto tiene una prioridad mayor.
Un isotope de masa atornica mas alta tiene prioridad mayor. Por
ejemplo: deuterio (2H) tiene una prioridad mayor que 1H.
La prioridad mas alta se Ie asigna al grupo con el atomo de nurnero
atornico mas alto en el primer punta de diferencia. Por ejemplo: -
CH2CH2CH3 tiene una prioridad mas alta que -CH2CH3.
Si la diferencia entre dos grupos se debe al nurnero de atornos
identicos, la prioridad mas alta se Ie asigna al grupo con el mayor
nurnero de atornos identicos. Por ejemplo: -CH(CH3)2 tiene una
prioridad mas alta que -CH2CH2CH2CH3.
Para propositos de asiqnacion de prioridad los enlaces dobles y
triples deben duplicarse 0 triplicarse respectivamente. Por
-CH-CH.,
I I -
ejemplo: -CH=CH2 se visualiza como C C
1
3.
4.
5.
J. Moleculas con mas de un Centro Asirnetrico
.
Cuando una molecule posee mas de un centro asirnetrico cada centro posee su propia
confiquracion. Cad a centro puede ser clasificado por las reglas de Cahn-Ingold-Prelog
como R 0 S. Si tiene n centros aslmetricos existe un total de 2n isorneros maximo
posibles. Tomemos por ejemplo las siguientes rnoleculas que tienen dos centros,
asirnetricos.
CI CI CI CI
H3C--+--F
F--+--
I
A
F---+--C~ H3C--+--F F---+--C~
B---+--F F--+--B----+--F
I
B
I
C
I
D
64
Examine las rnoleculas haciendo uso de los modelos moleculares y conteste las
siguientes preguntas. Recuerde que para determinar los elementos de simetrfa de una
rnoleculatiene que explorar diferntes conformaciones y determinar si existe por 10
menos una conformaci6n que posea 131 elemento de simetrfa.
a) GTienen ejes 0 pianos de simetrfa?
b) GQue relaci6n existe entre A y B?
G) GQue relaci6n existe entre C y D?
d) GQue relaci6n existe entre A y C?
e) GTiene igual punta de ebullici6n A y B? GC Y D? _
f) GTiene igual punto de ebullici6n A y CoB Y D?
Cuando los tres grupos sustituyentes en uno de los carbonos quirales son iguales alas
del otro existen mas posibilidades. Haga el modele de 2,3-diclorobutano dado a
continuaci6n y el de su imagen de espejo. GTienen un plano de simetrfa? GSe pueden
sobreponer? GSon 6pticamente activas?
a a
H--+--CH:3
H---t-- CH:3
a a
Figura 1
Haga 10 mismo con el modele de 2,3-difluorobutano dado en la figura que se presenta a'
continuaci6n y su imagen de espejo. GTiene un plano de simetrfa? GSe pueden
superponer? GSon 6pticamente activas?
F F
H---t-- CH:3 H:3C---t--H
H--+--CH:3
F F
Figura 2
GQue relaci6n existe entre la presencia de un plano de simetrfa y la actividad 6ptica?
En el segundo caso (2,3-difluoroetano) el compuesto tiene dos (2) carbonos
65
asirnetricos. Este tipo de compuesto en particular se Ie llama meso. ~Como se lIaman
los dos compuestos presentados como 2,3-diclorobutano?
Asignele confiquracion R 0 S a todos los carbonos asirnetricos de las figuras 1 y 2.
Figura 1 izquierda carbona superior .carbono inferior __
Figura 1 derecha carbono superior carbona inferior _
Figura 2 izquierda carbona superior carbona inferior __
Figura 2 derecha carbona superior carbono inferior__
\
I
Hemos visto que pueden existir un maximo de 2n estereoisorneros con una misma
formula estructural con n centros de asimetria. Ahora vamos a demostrar esto para la
siguiente formula estructural:
CH39H-CH-CH3
I I
I I
~Cuantos estereiosomeros existen con esta formula estructural y cual es la relacion
entre ellos?
Trabajando con una pareja construya un modelo para un posible estereisornero. Para
facilitar el analisis gire el enlace C2-C3 de modo que obtenga una conformacion
eclipsada; coloque el modelo frente a usted y dibujelo como caballete vertical 0
proyeccion Fischer en el espacio provisto.
Molecula 1
Ahora haga un modelo de la imagen espejo de la Molecula 1 y dibujelo en el espacio
provisto.
66
Molecula 2
Trate de sobreponer la molecule 1 sobre la 2 de modo que coincidan todos los atomos.
Para hacer esto puede rotar enlaces de las rnoleculas, GSe sobreponen?
Ahora busque un plano de simetrfa en estas rnoleculas. GLo poseen? . Para
buscar pianos de simetrfa puede rotar los enlaces en busca de una conforrnacion que
posea un plano de simetrfa. GQue relacion guardan las moleculas 1 y 2?
Indique si son opticamente activas.
Ahora observe el modele de la Molecule 2 y construya un tercer modele intercambiando
dos de los grupos enlazados a uno de los carbonos asirnetricos. Dibuje en el espacio
provisto.
Molecule 3
Trate de sobreponer esta tercera rnolecula sobre 1 y 2. GQue encontro?
Esta rnolecula 3; Ges
enantiomero de 1 0 2? GComo podemos determinarlo? _
La Molecula 3 es estereoisornero de 1 y 2 pero no es imagen espejo de ninguno
de estos. A los estereoisomeros que no son irnaqenes espejo se les llama
diaestereorneros. La molecula 3 es diaestereornero de 1 y 2.
Finalmente construya un modelo de la imagen espejo de la rnotecula 3 y dibujela en el
espacio provisto.
Molecule 4
Trate de sobreponer 4 sobre 3. ~Se sobrepone?
relacion entre 4 y 3. _
ha construido 3 molecules diferentes, 3 estereoisorneros,
absoluta a los carbon os asirnetricos.
Indique la
Como puede ver usted,
Asigne la confiquracion
Lleve a cabo el mismo analisis configuracional para la siguiente formula estructural:
CH39H-CH-CH3
I I
I Cl
~Cuantos estereoisomeros resultaron? ~Por que? Como en el ejercicio anterior
asigne la confiquracion absoluta a los carbonos asirnetricos.
1) Explique brevemente, (utilizando el vocabulario quirnico adecuado 0 apoyado por un
ejemplo ) la diferencia entre los siguientes terrninos quimicos:
Ejercicios:
a) estereois6meros e is6mero estructural (constitucional)
b) mezcla racernlca y mezcla escalemlca
c) estereoespeclflco y estereoselectivo
d) d, I yO, L
e) conformaci6n y configuraci6n
68
Br
-,.:;
2) Una muestra de (+)-(S)-gliceraldehido opticarnente puro exhibe un [~]D= +8.70. Se
tiene una solucion de gliceraldehido (1.0 9 en 2 mL de solucion) en un tubo de 10 cm la
cual roto la luz +30.
a) Determine la rotacion especifica de la muestra
b) Determine la pureza optics de la mezcla
c) Determine la razon en par ciento (%) de los enantiorneros R y S.
3) Para 3-amino-4-metiloctano:
a) dibuje todos los estereoisorneros posibles. Establezca la confiquracion
absoluta (R 0 S) para cada centro quiral (utilice estructuras de curia).
b) dibuje todos los estereoisorneros, esta vez, utilizando estructuras de Fisher.
Indique con flechas ( ~ - ) los pares de enantiorneros y diasteroisomeros.c) dibuje de nuevo cada una utilizando proyecciones de Newman (utilice la
conformacion eclipsada para mayor facilidad).
4) Considere las siguientes rnoleculas y circule los enanti6meros de A.
OH
69
5) Identifique la relacion existente (diastereoisorneros, enantiomeros, isorneros
estructurales 0 rnoleculas identicas) entre cada uno de los siguientes pares de
compuestos.
a)
HO
X
CH3 H3C/ OH
XH 0 o H
b) ~r H "
H H OH OH
H CI
~~c) H "/OH
'/
HO H
CH3 CH3
0 0
d)
H2C H2C
CH3 CH3
H NH +
,'- 3
.,'
6) A continuacion aparece la estructura tridimensional de Carbomycin tarnbien
conocido comercialmente como Magnamycin; que es un antibiotico muy efectivo
hacia las mismas bacterias que tarnbien es efectiva la penicilina. Magnamycin
tiene la ventaja de tarnbren ser efectivo hacia algunos parasltos que son
responsables de varias enfermedades tales como la tifoidea.
o
o
CHO
I
...,\\\\\
Carbomycin
(Magnamycin)
a) Indique el numero de estereois6meros posibles en esta rnolecula y seriate con
una flecha cada uno de los centros estereoqenicos,
b) Especifique la confiquracion absoluta para cada estereocentro.
7) Especifique la confiquracion absoluta para cada estereocentro en las siguientes
molecules.
H3C"" /CI
.·C-C.
H\\\" ~"I/H
CI CH3
71
8) A continuaci6n se presenta una serie de compuestos que poseen estereoquimica.
Muchos de los cuales son los ingredientes activos en diferentes medicamentos.
Especifique la configuraci6n absoluta (R 0 S) para cada uno de ellos.
o
0-5
I/'Nl
o ~N,
Viagra
(Medl.camento ut1l:lzado para la
impotenc1a)
Ht{"'CN IN
II 5 I I)
<,N~N~ N
H H
Norenthindrone
(UtllIzado en pildoras antlconceptlvas)
F3C-o- /N
H
Tagamet
(Medicamento ut1ltzado en el
tratamtento de ulceras)
Prozac
(antidepres tvo)
F
SHi;b
°Cap top ril
( ut1l:lzadoen el tratamtento de
la lUpertensi6n)
I "'=: ;==(0,
~ O~O
0
",)
NH Paril
(Ps1coterapeutlco)
72
Clavulanic Acid
[es uno de 10$
componentes en el
antfbtottco Augmentln)
Zantac
(Medicamento utll:1za.doen el
tratamiento de ulceras)
OH,
~
o (,."Q
H ° °....9
-;..:- H
R - ,
.,...(J:Y
R=H Morfina
R=Me Codeina
(calmantes)
R=H MeV8Gar
R=1Ve Zooor
(tra tami en to con tra los n ivel es
altos de colesterol)
HO
rI1
y y
fro::::::-,...---NH° ~
N N
H
OH
Viracept
(tratamiento de SIDA)
73
OH o
CN~
II
o
Tetraciclina
Lovastatin
, >
~N
HO »<: ~ J
('~
H OH
~
OH
H "'-N - OH
H ~,._/OH
N~OH
o
Iohexol
OH
OH
OH
Epineftina Estradiol
Propranolol
H
N .
F
Fluoxetin
Flurbiprofen
!::I, OH.»:a - H. ,(CH3
CH3
Metro pro 101
a
a
Miconazolenitrato
C~H
PenicUina
C~O
Nap roxen
75
Simvas tatin
1
0
J
Nx l
""~OH
J
a ~N (
[
CI )
I
1
I
Lorazepan
Terfenadina
~
I
I
I
\.
I
j
I,
H
Me nto 1
Mor:fina
t
76
Cf Iv /10
Igual Disuelve Igual
Asignaci6n: Pre-Laboratorio '
Repasar los siguientes conceptos:
Enlace Covalente
Momento Dipolar
Geometria Molecular
Fuerzas Intermoleculares
Solubilidad
Introducci6n:
En quimica orqanica existen diversos grupos funcionales que exhiben diferentes
propiedades fisicas y quimicas. Discuta en que se basan las propiedades fisicas y
quimicas de los diferentes grupos funcionales orqanicos,
Una de las propiedades flsicas mas importantes de los compuestos es la solubilidad, ya
que la mayoria de las tecnicas utilizadas para purificar estan basadas en esta
propiedad. Es por esto que es sumamente importante que entendamos bien este
concepto para poderlo aplicar cuando estudiemos las tecnicas de separacion 0 las
propiedades fisicas de los diferentes grupos funcionales.
Objetivos:
AI finalizar esta experiencia de laboratorio se espera que el estudiante pueda:
• Comparar como una serie de alcoholes varian su solubilidad en agua, acetona y
hexano.
• Explicar los factores que determinan la solubilidad.
• Explicar el concepto de "Igual disuelve igual"
Materiales:
tubos de ensayo
gradilla
pipeta 0 gotero
bulbo
Reactivos:
CH3COCH3 (Acetona)
H20
CH30H (Metanol)
77
CH3CH20H (Etanol)
CH3CH2CH20H (1-Propanol)
~OH
~OH
CH3CH(OH)CH3 (2-propanol)
CH3CH2CH2CH20H (1-Butanol)
.•
~OH
(CH3)3COH (2-Metil-2-propanol)
CH3CH2CH2CH2CH20H (1-Pentanol) ~OH
i
OH
(CH3)2CHCH2CH20H (3-Metil-1-butanol)
~H
CH3CH2C(CH3)20H (2-metil-2-butanol) ~OH
~OH
X
OH
CH3CH2CH(OH)CH3 (2-Butanol)
CH3CH2CH(OH)CH2CH3 (3-Pentanol)
OH
~OH
CH2(OH)CH20H (Glicol de etileno, Coolant)
HJ4~ H
H°"'tk~OH H
~~OH
C~OH H
Sacarosa (azucar)
Procedimiento:
Consu/te /os "MSDS" antes de comenzar e/ experimento.
Se trabajara en pareja. A cada pareja se Ie distrlbulran tubos de ensayo y pequefias
botellas con gotero que contienen una serie de disolventes y compuestos que aparecen
en la Tabla I. Se estudiara el efecto que tiene el aumentar el nurnero de carbonos,
cambios en la estructura y cambios en la naturaleza del grupo funcional con respecto a
la solubilidad de los compuestos orqanlcos.
En este experimento, usted recibira una tabla de los compuestos a estudiarse vs. la
solubilidad observada en diferentes disolventes tales como agua, acetona 0 hexano.
y
78
Para cada prueba (en un tubo de ensayo pequerio, limpio y seco) se ariadiran 20 gotas
del disolvente a investigar (agua, acetona y hexano) y luego anadira el compuesto a
estudiarse gota a gota hasta completar 10 gotas. Aqitara cuidadosamente despues de
cada adici6n. Anotara todas sus observaciones en la Tabla I. LQue implica el que
haya turbidez 0 se observen dos capas diferentes? Explique.
Trabaje ahora con los mismos disolventes, pero utilizando glicol de etileno Lque
observa? '
Repetira el procedimiento utilizando una pequena cantidad de azucar Lque observa?
Continue ariadiendo azucar y anote sus observaciones.
Precauciones:
Todos los reactivos que se utilizaran en esta experiencia de laboratorio son
inflamables, por 10 tanto el manejo de los mismos presenta un riesgo. Todos los
estudiantes deberan revisar los MSDS antes de comenzar el laboratorio.
Todos los desperdicios que s610 contengan compuestos orqanicos iran a un envase
rotulado como Disolventes Orqanicos No-Halogenados. Aquellos desperdicios que
sean mezclas de compuestos orqanicos y agua iran a un envase rotulado como mezcla
acuosa.
Nunca deje desconocidos en el area de desperdicios.
Preguntas para discusi6n:
Analice cada uno de los resultados y conteste las siguientes preguntas, utilizando el
vocabulario qufmico adecuado:
LQue relaci6n puede encontrar con respecto a la solubilidad al aurnentar el nurnero de
carbonos en los alcoholes estudiados?
a) En agua
b) En acetona
c) En hexane
LQue relaci6n puede encontrar con respecto a la solubilidad en agua cuando los
alcoholes estudiados contienen cadenas ramificadas?
Considerando diferencias en estructuras; discuta los resultados obtenidos con:
a) los is6meros de C4H100: CH3CH2CH2CH20H, CH3CH2CH(OH)CH3, (CH3)3COH.
b) glicol de etileno en agua, acetona 0 hexane
c) sacarosaiazucar) en agua, acetona 0 hexano
A la luz de los resultados obtenidos discuta el significado de Igual Disuelve Igual.
Referencia:
I. Montes, C. Lai and D. Sanabria, "Like Dissolves Like", J. Chern. Ed. 2003, 80,447-
449.
79
Alcoholes , Ag{LJjal He}{ano Acetona
(20 gotals) (20 gotas) (20 gotals)
CH30H ,
CH3CH20H
CH3CH2CH20H
CI-i3CH(OH)CH3
CH3CH2CH2CH20H
CH3CH2CH(OH)CH3
(CH3)3COH
CH3CH2CH2CH2CH20H
(CH3)2CI-iCH2CH20H
CH3CH2CH(OH)CH2CH3
CH3CH2C(CH3)20H
glicol de etileno
Sacarosa
81
81
T bl 1 S i bTd dIda a : o u I i a e compues os orqarucos en vanes so van as
Alcoholes Agua Hexane:> Acetona
(20 gotas) (20 gotas) (20 gotas)
CH30H S jV1~O~'k 5,
CH3CH20H
5
1'vt5.0 t: t,c. 5
CH3CH2CH20H '5 5 5
CH3CH(OH)CH3 S 5 5
,
\
SCH3CH2CH2CH20H i S
CH3CH2CH(OH)CH3 S <s S
(CH3)3COH
'. .s S
l
CH3CH2CH2CH2CH20H
.
S S(
(CH3)2CHCH2CH20H
,
S .sI
CH3CH2CH(OH)CH2CH3 :5 S
..s
CH3CH2C(CH3)20H
5 S
S
MsoiAsk
para« (WILv?4..
glicol de etileno S 0OL..J.G--
Sacarosa 5 (\1. S ok 100.,- (rLS0 (A). bL.-
83
Recristalizacion de Acetanilida y Determinacion del Punto de
Fusion
EI experimentodurara dos period os de laboratorio. La primera semana haran la
recristalizacion de acetanilida impura y la segunda semana Ie tornaran el punta de
fusion a la acetanilida recristalizada.
Recrlstallzaclon
Asiqnacion Pre-Laboratorio:
Repase los siguientes conceptos:
Igual disuelve Igual
Polaridad de la molecula
Solubilidad
Dados los siguientes disolventes: agua, etanol al 95% y ligroina 0 hexano, ordene en
forma ascendente (de menor a mayor) de polaridad
Busque las estructuras de acetanilida y de acido salicilico:
Si comparamos acetanilida con acido salicilico cual es mas polar? Justifique su
respuesta.
Prediga cual sea mas soluble en el disolvente mas polar.
Estudie cuidadosamente el Apendice de Recristalizacion.
Objetivos
AI finalizar esta experiencia de laboratorio se espera que el estudiante sea capaz de:
• Discutir los criterios que deben tomarse en cuenta al seleccionar un buen
disolvente para una recristalizacion
• Dominar las destrezas manuales necesarias para Ilevar a cabo el proceso de
recristalizacion.
lntroduccion
En muy pocas reacciones quimicas se obtiene un producto puro. En la mayoria de los
casos se encuentra contaminado con reactivos que no reaccionaron, productos
secundarios 0 cualquier otra impureza. Los solidos pueden ser purificados por un
proceso lIamado recristalizacion. Este proceso consiste en disolver el compuesto
impuro mediante calentamiento en un disolvente apropiado y dejarlo enfriar lentamente.
De esta manera los cristales del producto purificado precipitan lenta y selectivamente.
=
EI metoda funciona porque la impurezas pueden quedar en solucion a simplemente
pueden ser removidas par filtracion a utilizando carbon activado. Luego se procede a
recolectar los cristales mediante filtracion.
EI proceso de rescristalizacion conlleva varios pasos:
1. Seleccionar un disolvente apropiado.
2. Calentar el disolvente hasta su punta de ebullicion.
3. Disolver el solido en una cantidad minima de disolvente caliente.
4. Ariadir carbon activado si fuera necesario.
5. Filtrar la mezcla caliente, utilizando el metoda de filtracion par
gravedad, esto solo es necesario si se utiliza carbon activado a si se
encuentra presente alguna impureza insoluble en el disolvente caliente.
6. Dejar que la solucion lIegue a temperatura ambiente y luego, si esta
no contiene impurezas que se puedan precipitar a temperaturas mas bajas,
colocarla en un baric de agua-hielo para que enfrie rapidarnente.
7. Si no aparecen cristales, es necesario raspar las paredes del matraz can una
espatula a ariadir un cristal del compuesto puro (cristal semilla).
8. Recoger los cristales mediante filtracion par succion utilizando un embudo
BOchner a Hirsch.
9. Enjuagar los cristales can una pequena cantidad del disolvente frio.
10. Secar los cristales.
11. A partir del disolvente filtrado tratar de recristalizar el producto
presente si fuera necesario. Es decir, si observa turbidez a la presencia de
cristales.
Parte Experimental
En este experimento hara su trabajo individualmente. EI proposito del experimento es
la purificacion par recristalizacion de una muestra de acetanilida impura (rnezcla que
contiene un 85% de acetanilida, 15% acido salicilico y trazas de un tinte). Para poder
lIevar a cabo esto primero determinara cual es el mejor disolvente.
Materiales y Equipo:
1. Erlenmeyer de 500 mL
2 Erlenmeyer de 125 mL
3. Equipo de filtracion par succion
4. Embudo de vidrio
5. Policla de goma
6. Baric de Maria
7. Planchas de calentamiento
8. Tubas de ensayo (6)
9. Grapas rnetalicas
10. Hielo
11. Papel de filtro para filtracion par gravedad
12. Papel de filtro para filtracion a succion
84
Reactivos:
Consulte 105 MSDS antes de comenzar el experimento
Agua
Etanol al 95%
Ligroina 0 hexano
Acetanilida (mezcia 85% acetanilida, 15% de acido salicilico y trazas de rojo de metilo)
Carb6n Activado
Procedimiento
Parte A: Pruebas de solubilidad
Deterrninara la solubilidad de los compuestos acetanilida y acido salicilico en tres
disolventes diferentes: agua, etanol al 95% y ligroina 0 hexano. Con los resultados de
estas pruebas seleccionara el disolvente que utilizara para la recristalizaci6n.
Para determinar la solubilidad de un compuesto ariada aproximadamente 20 mg (lienar
la punta de una espatula pequeria) de este al tubo de ensayo de dimensiones de10 x
75 mm donde llevara a cabo la prueba. EI soluto debe estar pulverizado (nunca
de be afiadir grumos). Anada aproximadamente 0.5 mL del disolvente al tubo de
ensayo que contiene la muestra y agite la soluci6n con un agitador de vidrio (debe
limpiarlo y secarlo antes de introducirlo en cada uno de los tubos). Anote todas sus
observaciones a base de 10 siguiente:
soluble: la mayoria 0 todo el solute se disuelve
parcialmente soluble: una pequeria porci6n del soluto se disuelve
insoluble: no disuelve el soluto
Si el soluto es insoluble 0 parcial mente soluble en el disolvente, caliente el tubo de
ensayo en un barto de Maria y observe si hay alqun cambio en solubilidad. Anote sus
observaciones. Si al calentar observa que la muestra se disuelve, deje enfriar
lentamente el tubo de ensayo hasta Ilegar a temperatura de sal6n y compare la
cantidad de soluto inicial con la recristalizada. Compare tarnbien el tarnario y la forma
de los cristales obtenidos. Luego introduzca el tubo de ensayo en un baric de hielo.
Observe y compare la cantidad de cristales que se obtienen al enfriar. Usted llevara a
cabo seis pruebas de solubilidad en total.
Tal vez usted considere que si va a recristalizar a acetanilida, sola mente deberia hacer
las pruebas de solubildad a este compuesto. La raz6n por la cual se Ie ha pedido que
haga pruebas de solubilidad al acido salicilico tarnbien es que este es el contaminante
prlncipal de esta muestra impura y por tanto es necesario que conozcamos sus
propiedades de solubilidad.
85
Parte B: Recristalizacion de acetanilida impura:
Analice los resultados obtenidos y decida cual es el mejor disolvente para recristalizar a
acetanilida y las condiciones de temperatura para la recristalizacion. Si entiende que
ninguno es bueno, Gque alternativas hay? GQue problemas anticipa para la
recristalizacion una muestra de -acetanilida contaminada con acido salicilico?
En este experimento trabajara individualmente, pero forrnara parte de un equipo de
cuatro estudiantes donde cada uno recristalizara la muestra de acetanilida impura a
condiciones diferentes y luego cornpararan sus resultados para determinar cuales son
las mejores condiciones para esta muestra.
Pese 1.5 9 de acetanilida impura (mezcla que contiene un 85% de acetanilida, 15%
acido salicilico y trazas de un tinte) en un matraz Erlenmeyer de 125 0 250 mL. Ariada
el disolvente seleccionado en el experimento A como el mejor para recristalizar a
acetanilida, poco a poco. Recuerde que el disolvente debe estar caliente y que debe
agitar despues de cada adicion. Durante este proceso debe de continuar calentando el
sistema entre adiciones. Afiada solo la cantidad de disolvente necesaria. Si ariade
exceso, probablemente tendra problemas en el proceso de recristalizacion.
La acetanilida pura es incolora, por tanto, si observa color en la mezcla, debe ariadir
aproximadamente 0.2 9 de carbon activado. Este paso debe Ilevarse a cabo en el
extractor y antes de anadlr el carbon activado retire el matraz del bane Maria 0 plancha
de calentamiento. RECUERDE: COLOQUE PERLAS DE VIDRIO AL MATRAZ Y
NUNCA ANADA CARBON ACTIVADO A UN LiQUIDO HIRVIENDO. Luego de
ariadir el carbon activado caliente la solucion para disolver cualquier cristal que haya
aparecido. Debe hacerlo agitando constante.
I
Utilizando el equipo de filtracion por gravedad ilustrado en la figura 1 y 2 filtre la
solucion. Recuerde que es necesario mantener todo el equipo caliente mientras
lIeve a cabo la flltraclon. Coloque el Erlenmeyer con elliquido filtrado sobre un papel
blanco y observe si aun hay color en la solucion. Si aun permanece el color,