NITRACION DE LA TIROSINA

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Universidad Autónoma de Coahuila 
 Facultad de Ciencias Químicas
 
 
Laboratorio de Química Orgánica II
 
M.C. José Guadalupe Fuentes Avilés
 
Ingeniería Química
 
 
PRÁCTICA 7: NITRACIÓN DE LA TIROSINA.
 
Equipo #1
· Zulema Anayanzín Orta Salomón 
· Ximena Ramírez Orduña
· Ángela Michel Gutiérrez Leal
· Ilse Melissa Alvarado Esquivel
· Enrique Alejandro Delgado Durón
 
Fecha de entrega: 16 de marzo de 2021
OBJETIVO.
Llevar a cabo una reacción de sustitución electrofílica aromática no tóxica.
INTRODUCCIÓN
En la estructura del benceno, existen seis electrones situados en orbitales π lo cual se representa como una nube electrónica por encima y por debajo del plano de la molécula. estos electrones, por efecto de la resonancia, tienen como misión mantener los núcleos de carbono unidos con mayor intensidad. estos electrones π, sin embargo, están más deslocalizados que los electrones σ, por lo cual más disponibles están más disponibles para sufrir el ataque de un reactivo que necesita electrones. Por todo ello las reacciones típicas del anillo bencénico implican el actuar como una fuente de electrones, es decir, actúan como una base y reaccionan con compuestos deficientes en electrones, es decir, con reactivos electrofílicos o ácidos. De igual forma que las reacciones típicas de los alquenos son las adiciones electrofílicas, las del anillo bencénico son las de sustitución electrofílica, tal y como lo muestra la descripción del comportamiento del benceno en una reacción típica de sustitución electrofílica.
Al reaccionar el anillo aromático con un reactivo electrofílico fuerte produce un carbocatión estabilizado por resonancia (complejo σ) ya que el electrófilo está unido al anillo bencénico por un nuevo enlace σ.
Este complejo σ no es aromático debido a que el átomo de carbono unido al grupo electrofílico E presenta una hibridación Sp3 que interrumpe la continuidad de los orbitales p, en el mismo. esta falta de aromaticidad contribuye a que el ataque electrofílico sea muy endotérmico, ya que se supone hay una pérdida de estabilidad aromática. el complejo σ recupera la estabilidad aromática ya sea por inversión del primer paso o bien por la pérdida de un protón del carbono tetraédrico, dando lugar a un nuevo producto de sustitución.
Esto se puede conseguir mediante una base que capture un protón, procediendo a la regeneración del anillo aromático, como lo describe el final de la reacción.
Si el complejo σ fue atacado por un nucleófilo el producto resultante de la adición no volvería a recuperar la estabilidad aromática del producto de partida. ya que este mecanismo nos permite introducir grupos funcionales de forma directa en el anillo aromático, la sustitución electrofílica aromática constituye uno de los métodos más importantes para la síntesis de compuestos aromáticos a nivel industrial y académico.
Sustitución electrofílica aromática (SEA)
La reacción más común de los compuestos aromáticos es la sustitución electrofílica
aromática; esto es, un electrófilo (E+) reacciona con un anillo aromático y sustituye uno de los hidrógenos:
Una reacción de sustitución electrofílica aromática se efectúa en dos etapas: la reacción inicial de un electrófilo, E+, con un anillo aromático, seguida por la pérdida de H+ del carbocatión intermediario estabilizado por resonancia para regenerar el anillo aromático:
En las reacciones del benceno, generalmente se necesita un catalizador para formar la especie reactiva, es decir, el compuesto que va a entrar en una sustitución electrofílica aromática (SEA).
En el caso en que ya se encuentre un sustituyente previo en el anillo de benceno, ese sustituyente va a afectar la entrada de un segundo sustituyente.
Nitración
El benceno reacciona con ácido nítrico concentrado en caliente dando nitrobenceno de forma lenta. Ahora bien, este proceso tiene el inconveniente de que la mezcla caliente de ácido nítrico concentrado en contacto con cualquier material oxidable puede explotar durante el calentamiento. debido a que el nitrógeno del grupo nitrato del ácido nítrico no tiene poder electrófilo, debe ser activado de alguna manera. ello se consigue mediante la adición de ácido sulfúrico que actúa como catalizador permitiendo que la nitración se lleva a cabo más rápidamente y a temperaturas más bajas, tal y como lo resume la reacción:
El ácido sulfúrico reacciona con el ácido nítrico formando el ion nitronio (NO2+) que es un electrófilo fuerte. este mecanismo es semejante a otros mecanismos de deshidratación catalizados por el ácido sulfúrico. Así, en la primera etapa el ácido sulfúrico protona al grupo hidroxilo del ácido nítrico, como ilustra la siguiente reacción:
En una segunda etapa el ion nitronio reacciona con el benceno, en una reacción de sustitución electrofílica clásica, como se puede apreciar en la reacción que se ilustra:
En la siguiente etapa se produce la pérdida de un protón para dar lugar a la formación del nitrobenceno como se describe en la reacción:
Los aminoácidos son moléculas orgánicas que contienen un grupo amino (NH2) en uno de los extremos de la molécula y un grupo ácido carboxílico (COOH) en el otro extremo.
Los aminoácidos son las unidades que forman a las proteínas, sin embargo, tanto estos como sus derivados participan en funciones celulares tan diversas como la transmisión nerviosa y la biosíntesis de porfirinas, purinas, pirimidinas y urea. Los polímeros cortos de aminoácidos (péptidos) tienen funciones importantes en el sistema neuroendocrino como hormonas, factores que liberan hormonas, neuromoduladores o neurotransmisores. 
En general los aminoácidos están constituidos por un carbono alfa al cual se unen un grupo funcional amino, uno carboxilo, un hidrógeno y un grupo R o lateral. Las diferencias entre los aminoácidos se deben a la estructura de sus grupos laterales o R (residuo o resto de la molécula).
La nitración de aminoácidos aromáticos utilizando ácido nítrico concentrado (fenilalanina, tirosina y triptófano), produce la nitración del anillo aromático y genera compuestos de color amarillo. Con un tratamiento alcalino, la solución se torna naranja.
La reacción xantoprotéica es un método que se puede utilizar para determinar la presencia de proteínas solubles en una solución, empleando ácido nítrico concentrado. La prueba da resultado positivo en aquellas proteínas con aminoácidos portadores de grupos aromáticos. Si una vez realizada la prueba se neutraliza con un álcali, se torna color amarillo oscuro. Generalmente, se forma primero un precipitado blanco que cambia a amarillo al calentarlo. El color se empieza a tornarse anaranjado cuando la solución se vuelve básica. La prueba da resultado positivo en aquellas proteínas con aminoácidos portadores de grupos bencénicos, (tirosina, fenilalanina y triptófano) obteniéndose nitrocompuestos de color amarillo, que se vuelven anaranjados en medio fuertemente alcalino (formación del ácido pirámico o trinitrofenol). En esta prueba se produce la nitración del anillo bencénico presente en dichos aminoácidos.
PROCEDIMIENTO
1. En un baño de hielo, colocar un matraz de 50ml y adicionar 2ml de H2SO4 y gota a gota 2.5ml de HNO3. 
2. Agregar cierta cantidad de tirosina en matraz de 50ml y disolver completamente en agua.
3. Una vez disuelta la tirosina pasar a un baño de hielo y agregar gota a gota la solución de H2SO4 y HNO3.
4. Una vez realizada la reacción colocar en baño maría por 15min para completar la reacción observando un cambio de color notorio.
5. Posteriormente se procede a filtrar el precipitado obtenido, realizando lavados con 5ml de acetato de etilo.
6. Una vez filtrado el precipitado, se pasará la muestra al horno para evaporar el agua presente y obtener el producto seco. 
7. Con ayuda de un fusiómetro mediremos el punto de fusión tomando una pequeña cantidad de muestra.
DIAGRAMA DE FLUJO
PROPIEDADES FÍSICAS Y QUÍMICAS
	Reactivo
	Propiedades físicas
	Propiedades químicas
	Ácido nítrico.
	· Fórmula molecular: HNO3
· Líquido fumante incoloro, amarillentoo rojizo
· Densidad: 1512,9 kg/m3
· Masa molar: 63,01 g/mol
· Punto de fusión: 231 K (-42°C)
· Punto de ebullición: 356 K (83°C)
· Presión de vapor: 6399,5 Pa (48 mmHg) (a 20°C)
	· -1,4 pKa.
· Solubilidad en agua: Completamente miscible.
· Momento dipolar: 2,17 +/- 0,02 D.
	Ácido sulfúrico.
	· Fórmula molecular: H2SO4
· Líquido aceitoso incoloro
· 1840 kg/m ^3
· Masa molar: 98,08 g/mol
· Punto de fusión: 283 K (10°C)
· Punto de ebullición: 610 K (337°C)
· Presión de vapor: 0.001 mmHg (20°C)
	· Acidez: -3; 1.99 pKa
· Solubilidad en agua: miscible, exotérmico.
	Acetato de etilo
	· Fórmula molecular: C4H8O2
· Densidad: 900 kg/m^3
· Masa molar: 88,11 g/mol
· Punto de fusión: 189 K (-84°C)
· Punto de ebullición: 350 K (77°C)
· Viscosidad: 0,45 cP a 20°C
· 
	· Solubilidad en agua: 8,7% a 20°C
· Momento dipolar: 1,88 a 25°C D
TOXICIDADES
	Reactivo
	Toxicidades
	Remediación
	Ácido nítrico 
	Corrosivo no inflamable. Provoca graves quemaduras por contacto con la piel, los ojos y por ingestión. Los vapores son tóxicos e irritan los ojos y las vías respiratorias. 
	Retirar a la víctima de la zona contaminada y mantener en reposo. En cualquiera de los casos, avisar a un médico. Trasladar al aire libre, y sobre todo abrigado. Aplicar respiración artificial, y lavar con abundante agua cualquier zona afectada durante 15 minutos como mínimo. 
	Acetato de etilo 
	Altamente inflamable. La inhalación de vapores puede provocar somnolencia y vértigo. Nocivo: puede causar daño pulmonar si se ingiere. Irrita la piel. Nocivo: riesgo de efectos graves para la salud por exposición prolongada por inhalación. 
	Si alguno de estos síntomas se presenta, buscar atención medica de inmediato. Lavar con abundante agua cualquier zona afectada, durante 15 minutos. Si la irritación persiste repetir el lavado. Retirar calzado y ropa, Evitar la reanimación de boca a boca. Mantener a la víctima abrigada y en reposo. No inducir el vómito. 
	Ácido sulfúrico 
	Es corrosivo y puede causar irritación en los ojos, y contacto dérmico. Soluciones muy concentradas producen daños irreversibles. Quemaduras severas, profundas y dolorosas en la piel. Si son extensas pueden llevar a la muerte (shock circulatorio). Los daños dependen de la concentración de la solución de ácido sulfúrico y la duración de la exposición. 
En caso de inhalarlo provoca dificultad respiratoria, tos, sofocación. Altas concentraciones de vapor pueden producir ulceración de nariz y garganta. 
	En caso de proyección en los ojos y en la cara, tratar los ojos con prioridad. En cualquiera de los casos avisar al médico y trasladar urgentemente al afectado a un centro hospitalario. 
En contacto ocular, lavar con abundante agua o con bicarbonato de sodio 5%, mínimo durante 15 minutos. Retirar la ropa y calzado contaminados. Lavar la zona afectada con agua y jabón, durante 15 min. Trasladar al aire fresco. 
OBSERVACIONES
Tenemos que tomar en cuenta que trabajamos con ácidos fuertes, por lo cual debemos de utilizar todo el tiempo las EPP necesarias para evitar accidentes, así como utilizar el instrumental y equipo adecuado para nuestra seguridad.
 La disolución de la tirosina debe mantenerse en constante agitación para su completa homogenización; esta disolución cambia de color blanco a un color café cuando agregamos la mezcla de H2SO4 y HNO3 y posteriormente al incorporar calor se forma un precipitado de color naranja. Podemos calcular cuánto se obtuvo de nitrotirosina pesando el precipitado por medio de desecación de la muestra.
RESULTADOS Y DISCUSIONES
La nitración de tirosina es una modificación covalente que resulta tras la adición de un grupo nitro (NO2) en uno de los dos carbonos orto equivalentes del anillo aromático, donde el HNO3 actúa como fuente de nitrógeno.
El NO2 actúa como sustituyente desactivador fuerte, generando que el anillo aromático pierda reactividad en respuesta a la resonancia.
Durante los experimentos llevados a cabo en la práctica hubo diferentes procedimientos que se tuvieron que realizar para poder obtener los resultados. Estos son:
· Baños maría: Se hizo uso de este método para que la reacción química se generara a una temperatura elevada y para evitar la ignición que pudiese ser provocada al calentar un producto químico inflamable en una llama abierta.
· Baño de hielo: Se utilizó esta técnica porque era necesario una temperatura baja, esto porque se desea el control cinético de la reacción cuando se desea recuperar los líquidos de una destilación o en trampas frías. Mejora la conducción del calor. 
En esta práctica se obtuvieron 4.06 g de nitrotirosina con un punto de fusión de 120°C.
CONCLUSIÓN
Con base en los resultados obtenidos de esta práctica podemos concluir que la tirosina es un aminoácido aromático neutro. Éste alcanza el estado de ionización a pesar de poseer un pH elevado y un hidróxido, mismo que le otorga un cierto grado de polaridad.
La tirosina se considera un aminoácido polar y protonable; sin embargo, está clasificado como un aminoácido hidrofóbico debido a su anillo aromático.
CUESTIONARIO
1.- Escriba la reacción balanceada con los moles en esta práctica.
C9H11NO3 + HNO3 → C9H10N2O5 + H2O
2.- ¿Cómo afecta la reactividad del anillo aromático el carácter electro atractor o electro donador de los sustituyentes?
Si los sustituyentes son activadores harán que el anillo aromático tenga una reactividad mayor que la del benceno, por lo que lo afectarán de forma positiva. Por el contrario, si los sustituyentes son desactivadores harán que el anillo aromático tenga una reactividad menor que la del benceno, por lo que lo afectarán negativamente. 
Es importante mencionar que se puede llevar a cabo una reacción directa de bromación, cloración, nitración, sulfonación, alquilación y acilación si se utiliza un reactivo correcto. A partir de estas 6 reacciones directas se pueden introducir otros grupos de reacción.
3.- Mencionar 5 ejemplos de cada caso.
· Activantes débiles (orto): activan al anillo debido al efecto inductivo. Son los grupos alquilo y fenilo (-CH3, -Ph)
· Activantes fuertes (orto): activan al anillo debido a la resonancia. Son los que tienen un par de electrones solitarios en el átomo, disponibles para unirse al anillo. (-OH, -OCH3, -NH2)
· Desactivantes débiles (orto): desactivan al anillo debido al efecto inductivo. Son los halógenos. (-F, -Cl, -Br, -I)
· Desactivantes fuertes (meta): desactivan al anillo debido a la resonancia. Son los que tienen múltiples enlaces sobre el átomo, para unirse al anillo. (-CHO, -CO2H, -SO3H, -NO2) 
4.- ¿Cómo afectan los sustituyentes del anillo aromático en la orientación? 
		Existen 3 posibles productos di sustituidos: orto, meta y para. Estos no se forman en cantidades iguales, ya que la cantidad de cada uno depende de la posición y el tipo de carbono que resulta de su sustitución (secundario o terciario). La orientación del anillo va a estar determinada por la naturaleza de cada sustituyente presente en el anillo y la posición que éste ocupe.
5.- Mencionar 5 ejemplos de cada caso.
· o-cresol, m-cresol, p-cresol
· o-diaminabenceno, m-diaminabenceno, p-diaminabenceno
· o-bromoanilina, m-bromoanilina, p-bromoanilina
· o-dicromobenceno, m-dicromobenceno, p-dicromobenceno
· o-diclorobenceno, m-diclorobenceno, p-diclorobenceno
6.- Explique el efecto de los grupos sustituyentes en el caso de la reacción de nitración de la tirosina.
		En esta reacción se hace uso de ácido sulfúrico para que actúe como catalizador. Éste va a reaccionar con el ácido nítrico para generar el ion nitronio NO2+, mismo que va a actuar como electrófilo en la sustitución electrofílica aromática para posteriormente sustituir a un hidrógeno, reaccionar con la tirosina y formar la nitrotirosina. 
En esta reacción el NO2 actúa como un sustituyente desactivante fuerte y desactiva al anillo aromático gracias a la resonancia.
7.- ¿Cuáles son los riesgos en la utilización de los reactivos de esta práctica? 
		Si se utiliza ácido nítrico concentrado y caliente para obtener la nitrotirosina, la reacciónse va a llevar a cabo a una velocidad muy lenta. Un riesgo es que el ácido nítrico concentrado al elevarse a altas temperaturas puede oxidar cualquier compuesto orgánico a través de una reacción explosiva.
Para evitar estos riesgos es recomendable emplear ácido nítrico y ácido sulfúrico. De esta forma la reacción se lleva a cabo a una velocidad mucho mayor y a menores temperaturas, lo que reduce el riesgo de una reacción explosiva.
BIBLIOGRAFÍA
▪Departamento de química organica. (s. f.). Benceno y aromaticidad [Libro electrónico]. En - (Vol.1,p.).UNAM.http://depa.fquim.unam.mx/amyd/archivero/AROMATICIDAD_30496.pdf 
▪ Clemente, E. (2015). Los compuestos aromáticos, su reactividad, sus reacciones y aplicaciones, (Licenciatura). Instituto Politécnico Nacional, CD.MX. Recuperado de: https://tesis.ipn.mx/bitstream/handle/123456789/17180/25-1-16613.pdf?sequence=1&isAllowed=y
▪K. Wütrich (1986) NMR of proteins and nucleic acids.