QUÍMICA ORGÁNICA I CIBEX - Cátedras

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<strong>QUÍMICA</strong> <strong>ORGÁNICA</strong> I<br />

<strong>CIBEX</strong><br />

GUÍA DE TRABAJOS PRÁCTICOS 1° PARTE<br />

2012<br />

01/08/2012<br />

Facultad de Ciencias Exactas UNLP<br />

Química Orgánica


Química Orgánica I - <strong>CIBEX</strong> 2012<br />

MEDIDAS DE SEGURIDAD TENDIENTES A EVITAR ACCIDENTES EN EL<br />

LABORATORIO<br />

PROTECCIÓN DE LOS OJOS<br />

SE DEBEN USAR ANTEOJOS DE SEGURIDAD siempre que se trabaje en el<br />

Laboratorio para proteger los ojos de posibles explosiones o salpicaduras<br />

Se debe evitar mirar por la boca de los tubos de ensayo o de balones al trabajar en el<br />

Laboratorio.<br />

PRECAUCIONES CONTRA INCENDIOS<br />

Debe tenerse en cuenta que LA MAYORÍA DE LOS SOLVENTES UTILIZADOS EN<br />

EL LABORATORIO DE <strong>QUÍMICA</strong> <strong>ORGÁNICA</strong> SON INFLAMABLES, por lo tanto<br />

deben tenerse en cuenta las siguientes precauciones :<br />

NUNCA DEBE USARSE UN MECHERO para destilar, calentar o evaporar solventes<br />

inflamables de punto de ebullición inferior a 100ºC, por ejemplo, metanol, etanol,<br />

acetona, benceno, hexano, etc.<br />

Los solventes inflamables deben guardarse en recipientes bien cerrados y lejos de la luz,<br />

y lejos de las mesadas de trabajo, en lugares especialmente destinados para ellos.<br />

Los solventes inflamables deben mantenerse alejados de mecheros encendidos.<br />

NUNCA SE DEBEN VOLCAR SOLVENTES EN LA PILETA, SINO EN<br />

RECIPIENTES PROVISTOS PARA TAL FIN..<br />

EXTINCIÓN DE INCENDIOS<br />

Es importante respecto de este punto :<br />

Conocer de antemano la ubicación de los matafuegos en el laboratorio<br />

Recurrir con urgencia al personal docente<br />

PRECAUCIONES GENERALES<br />

AL TRABAJAR EN EL LABORATORIO COLOCARSE SIEMPRE GUANTES<br />

ES FUNDAMENTAL SER LIMPIO Y ORDENADO EN EL TRABAJO DE<br />

LABORATORIO. En caso de derramarse algún líquido o sólido sobre la mesa o el<br />

suelo, se deberá limpiar inmediatamente.<br />

Los agentes oxidantes fuertes y los productos fácilmente oxidables (agentes reductores)<br />

deben mezclarse con gran cuidado y en cantidades pequeñas<br />

Nunca se debe añadir ácido nítrico a un recipiente que contenga alcohol u otro producto<br />

fácilmente oxidable (la reacción entre el ácido nítrico y los agentes reductores orgánicos<br />

puede ser tan violenta que vaya acompañada de una explosión peligrosa.<br />

Los gases tóxicos o molestos se deben absorber en agua o en una solución adecuada,<br />

trabajando BAJO CAMPANA.<br />

1


Química Orgánica I - <strong>CIBEX</strong> 2012<br />

Los grifos de agua y de gas deben permanecer siempre cerrados, excepto cuando se<br />

están usando.<br />

Los residuos insolubles, como papeles de filtro, trozos de varillas de vidrio, cerillas<br />

apagadas, tapones de corcho, etc., se deben echar a los cubos de basura, pero NUNCA<br />

EN PILETAS O DESAGÜES.<br />

NUNCA DEBE TRABAJAR EN EL LABORATORIO UNA PERSONA SOLA, ya<br />

que cualquier pequeño accidente no tendrá apenas consecuencias si hay alguien que<br />

pueda prestar ayuda, pero puede tener serias consecuencias si no hay nadie cerca.<br />

No se debe sacudir por ninguna causa ningún objeto de vidrio, ni apuntar con recipiente<br />

alguno hacia donde se encuentre otra persona, ni hacia uno mismo.<br />

Jamás se debe echar residuos de sodio al cubo de basura ni a la pileta. Se guardarán<br />

sobre kerosene y se entregarán al personal docente.<br />

Nunca se debe calentar un sistema completamente cerrado, sobre todo si se va a<br />

desprender algún gas; siempre se debe dejar un orificio o una salida de tamaño<br />

adecuado.<br />

El trabajo con productos tóxicos, irritantes, malolientes o molestos SIEMPRE DEBE<br />

LLEVARSE A CABO BAJO CAMPANA.<br />

ANTE CUALQUIER DUDA CONSULTAR AL PERSONAL DOCENTE<br />

Muchas de las inundaciones que ocurren en las mesadas de trabajos se originan al saltar<br />

una de las gomas que conducen agua a través de un refrigerante debido a la fuerte<br />

presión de la corriente de agua; generalmente una corriente de agua suave consigue la<br />

refrigeración de agua necesaria<br />

MODO DE PREPARAR LAS PRACTICAS Y EL CUADERNO DE<br />

LABORATORIO<br />

Antes de concurrir al TP, es necesario:<br />

Leer detenidamente el procedimiento operativo de la práctica que se va a realizar.<br />

Buscar en un libro de texto la teoría referente a la práctica y estudiarla detenidamente<br />

Escribir en el cuaderno de Laboratorio los elementos necesarios para llevar a cabo el<br />

trabajo en forma adecuada. Solamente se deben omitir las observaciones que no puedan<br />

escribirse hasta después de realizada la experiencia.<br />

Buscar en un catálogo las frases de riesgo y seguridad de los reactivos empleados, a fin<br />

de tomar las precauciones necesarias previo al desarrollo del TP .<br />

LA OBSERVACIÓN CUIDADOSA DE UN PLAN DE TRABAJO EN EL<br />

LABORATORIO ES FUNDAMENTAL PARA SACAR PROVECHO DEL MISMO<br />

2


Química Orgánica I - <strong>CIBEX</strong> 2012<br />

FORMA DE PRESENTAR EL INFORME DE UN TRABAJO PRÁCTICO<br />

Título del trabajo práctico<br />

Integrantes del grupo<br />

Objetivo: Se debe describir, en forma breve, cuál es el fin perseguido en el TP<br />

Ej: Síntesis, aislamiento, purificación y control de pureza de ….<br />

Fundamento: Es necesario indicar en qué se basa el TP en no más de 5 renglones<br />

Ej: * En el caso de una síntesis, mostrar la ecuación química balanceada y, si fuera<br />

necesario el mecanismo de la misma.<br />

* Breve exposición teórica, en el caso de usar una técnica determinada.<br />

Técnica: en este punto es importante tener en cuenta que NO DEBE reproducirse la Guía<br />

de TP, sino se debe hacer una breve descripción de lo que se hizo. Ej: “se colocaron x g de<br />

z en un balón…”, “se calentó la mezcla a x ºC…” etc. Se deben anotar todos los detalles<br />

observados en el transcurso de la experiencia (color, olor, desprendimiento de gas, etc.), así<br />

como también la ocurrencia de algún accidente o imprevisto.<br />

Equipos empleados: Dibujar los equipos utilizados durante el TP.<br />

Datos Bibliográficos: indicar brevemente los datos físicos de los reactivos y productos de<br />

reacción. Detallar, también, los factores de riesgo R y seguridad S.<br />

Resultados: Detallar los resultados obtenidos, como así también datos de reactivos o<br />

condiciones de trabajos que fueran relevantes.<br />

Ej: * Expresar las cantidades pesadas o medidas de reactivos y de productos.<br />

* En caso de síntesis de un compuesto, mostrar los cálculos de exceso y defecto<br />

de reactivos.<br />

* Calcular el rendimiento porcentual de la técnica de acuerdo a estos datos.<br />

* Informar temperaturas y/o presiones de trabajo en el caso de una destilación o<br />

evaporación; como así también el volumen de solvente empleado en el caso de<br />

una recristalización.<br />

* Informar la pureza del producto obtenido (pf., índice de refracción, etc.),<br />

Conclusiones: Justificar adecuadamente los resultados obtenidos, discutiendo los mismos<br />

y elaborando las conclusiones correspondientes. Analizar la pureza de los productos<br />

obtenidos mediante comparación con los datos bibliográficos.<br />

No incluir las preguntas orientativas y sus respuestas. En lo posible el informe no debe<br />

superar dos hojas<br />

3


Química Orgánica I - <strong>CIBEX</strong> 2012<br />

El informe en caso de hacerse a mano debe estar PROLIJO y escrito<br />

CON LAPICERA, a excepción quizás de los dibujos.<br />

IMPORTANTE: NO DEBE TOMARSE EL INFORME DE TP COMO<br />

UNA GUÍA DE ESTUDIO SINO SOLAMENTE COMO UN INFORME<br />

PERSONAL ACERCA DE LO QUE REALIZÓ EN EL TRABAJO<br />

PRACTICO<br />

4


Química Orgánica I - <strong>CIBEX</strong> 2012<br />

SEMINARIO: NOMENCLATURA DE COMPUESTOS ORGÁNICOS<br />

El presente temario debe ser resuelto haciendo uso de las reglas de la IUPAC pertinentes<br />

a cada caso y teniendo en cuenta los principios generales que se detallan junto a las<br />

mismas. Sepa que puede recurrir a buscar información en internet en caso de duda acerca<br />

de alguna estructura.<br />

1- Nombrar los siguientes compuestos:<br />

a) CH3 CH2 CH3 b)<br />

CH 3 CH CH CH 2<br />

CH 2<br />

CH 3<br />

CH 3<br />

d) CH2 e)<br />

CH 3<br />

CH 3 CH 2 CH 3<br />

5<br />

CH 3 CH CH CH 2 CH 2 CH 2 CH CH 2-CH 2-CH 2-CH 3<br />

CH 2<br />

CH 3<br />

H 2C<br />

CH 2-CH 3<br />

c) CH3 CH CH2 CH3<br />

CH 2<br />

CH 3<br />

2- Escriba la estructura de los siguientes radicales con nombre trivial<br />

a) Isopropilo<br />

b) Isobutilo<br />

c) Secbutilo<br />

d) Neopentilo<br />

e) Terbutilo<br />

3- Escriba la estructura de los siguientes compuestos halogenados<br />

a) ioduro de metilo<br />

b) 3-cloro-5-metilheptano<br />

c) 2-bromo-3-clorobutano<br />

d) 5-etil-1-fluor-3,3,6-trimetilheptano<br />

e) 3-cloro-5-(1-cloroetil)-3-etil-2,5-dimetiloctano<br />

f) diclorometano<br />

CH 2 CH 2 CH CH 3<br />

CH 3<br />

4- Nombre los siguientes compuestos pertenecientes a la familia de los alquenos y alquinos<br />

5


a) b)<br />

CH 2 CH CH 2 CH 3<br />

d) e)<br />

CH 3 C CH CH CH CH 2 CH 3<br />

g)<br />

CH 3<br />

Cl Br<br />

CH3 CH CH3<br />

CH C CH 2 CH CH 2 h)<br />

CH 3<br />

CH 3 CH CH CH 3<br />

Química Orgánica I - <strong>CIBEX</strong> 2012<br />

c) CH3 CH C CH2 CH2 CH3 CH2 CH2 CH3 CH3 C C CH2 CH3 f) CH C CH2 CH 3<br />

Cl Br<br />

CH 2 C C C CH CH 2 CH 3<br />

CH CH 2 CH 3<br />

5- Para nombrar los siguientes compuestos debe seleccionarse la cadena principal. Marque<br />

en ellos la cadena principal y justifique su elección y nombre el compuesto.<br />

CH 3<br />

a) b)<br />

CH2 C CH 2 C CH 2<br />

CH 2<br />

c) d)<br />

H 3 C CH 2 CH CH 2 CH 2<br />

HC<br />

CH 2 CH 2 CH 2 CH CH 2<br />

CH 2<br />

CH 2<br />

HO CH CH3 CH 3<br />

CH 2 CH CH 3<br />

6- Nombre los siguientes hidrocarburos cíclicos<br />

Cl<br />

a) b) c)<br />

d) e) f)<br />

g)<br />

CH 3<br />

CH 3 CH CH CH 2 CH 2 OH<br />

CH 2 CH 3<br />

CH 3 CH CH 2 CH 2 CH 2 CH 3<br />

CH 3<br />

H 2 C C CH CH CH 2<br />

Cl<br />

CH 2<br />

CH 2<br />

CH 2 C CH<br />

CH 3<br />

6


7- Escriba la estructura de los siguientes compuestos aromáticos:<br />

Química Orgánica I - <strong>CIBEX</strong> 2012<br />

a) benceno b) tolueno c) m-clorotolueno d) p-xileno e) o-bromoetilbenceno<br />

f) 2,4,6-trinitrotolueno g) nitrobenceno<br />

8- Escriba la estructura de los siguientes radicales:<br />

a) 2,4-dietil-1-metilhexilo d) fenilo<br />

b) 2-propenilo e) bencilo<br />

c) 1-propenilo f) 3,4-dimetil-2-ciclohexenilo<br />

9- Escriba las estructura de los siguientes alcoholes, fenoles y éteres<br />

a) Isopropanol b) 2-propen-1-ol c) etilfeniléter d) éter etílico<br />

e) fenol f) alcohol bencílico g) m-nitrofenol h) p-metoxifenol<br />

10-Nombrar los siguientes alcoholes, fenoles y éteres:<br />

c)<br />

a)<br />

OH<br />

OH<br />

b)<br />

d)<br />

O<br />

OH<br />

11-Escribir la estructura de los siguientes aldehídos y cetonas:<br />

a) Acetona (propanona) b) formaldehído (metanal) c) 2-pentanona<br />

b) Fenilmetilcetona (acetofenona) g) benzaldehído g) 3-pentanona<br />

12- Nombrar los siguientes aldehídos y cetonas.<br />

7


a)<br />

c)<br />

e)<br />

O<br />

O<br />

H<br />

O<br />

H<br />

b)<br />

d)<br />

O<br />

O<br />

Química Orgánica I - <strong>CIBEX</strong> 2012<br />

13) Escribir la estructura de los siguientes ácidos carboxílicos, derivados de ácidos<br />

carboxílicos y sales.<br />

a) Ácido acético b) ácido fórmico c) anhídrido acético d) acetato de<br />

etilo<br />

e) acetonitrilo f) acetanilida g) ácido benzoico h) benzoato de<br />

metilo<br />

i) N,N-dimetilformamida j) cloruro de acetilo k) benzoato de sodio<br />

l) metóxido de sodio m) etóxido de sodio n) fenóxido de potasio<br />

o) terbutóxido de potasio p) cloruro de anilinio<br />

14) Nombrar los siguientes ácidos carboxílicos y derivados de ácidos carboxílicos.<br />

a) O<br />

b)<br />

Cl<br />

c) d)<br />

e)<br />

O<br />

HO<br />

F<br />

N<br />

O<br />

O<br />

NH2<br />

15) Escribir la estructura de las siguientes aminas<br />

f)<br />

O<br />

a) Anilina b) dimetilamina c) bencilamina d) N-etil-3-cloroanilina<br />

b) N,N-dietilpropilamina<br />

O<br />

OH<br />

8


SEMINARIO: PURIFICACION DE SÓLIDOS<br />

Química Orgánica I - <strong>CIBEX</strong> 2012<br />

1- Como resultado de una síntesis se obtuvo un producto crudo que contiene, en un<br />

porcentaje mayoritario, una sustancia A, muy importante desde el punto de vista sintético<br />

debido a sus propiedades anticonvulsionantes. Se encuentra que dicha sustancia está<br />

impurificada con otras dos: B y C. El siguiente gráfico muestra las curvas de solubilidad de<br />

las tres sustancias en etanol:<br />

Solubilidad (g/100 ml)<br />

T (°C)<br />

a-Describa paso a paso cómo elimina ambas impurezas, fundamentando su respuesta.<br />

b-¿Qué criterio utilizaría para dar por finalizada la purificación del sólido A por<br />

recristalización?<br />

c- Indique qué criterios de pureza podría utilizar, indicando los detalles<br />

experimentales, tanto en el caso de conocer los datos de la sustancia en la literatura, como<br />

en el caso de tratarse de una sustancia desconocida.<br />

d- ¿Puede utilizar el p.f. mezcla como criterio de identidad? ¿Cómo y en qué casos?<br />

2- Se desea recristalizar naftaleno (p.f. 80ºC), pero sólo se dispone de los siguientes<br />

solventes: agua, en la cual es prácticamente insoluble, y metanol, en el que es muy soluble.<br />

Indique los pasos a seguir para recristalizar el naftaleno con los solventes mencionados.<br />

3- Se desea recristalizar ácido benzoico a partir de 10g de una muestra que contiene 80%<br />

del mismo.<br />

a-¿Qué cantidad de agua será necesaria si se realiza la disolución a 80ºC?<br />

b-¿Y a 95ºC?<br />

c-¿Qué cantidad de ácido benzoico recuperará en cada caso si enfría a 10ºC y filtra?<br />

d-¿Qué cantidad recuperará en b- enfriando a 5ºC y filtrando?<br />

e- ¿Puede extraer alguna conclusión?<br />

Tabla. Solubilidad de ácido benzoico en agua, en g/100ml, a distintas temperaturas, en ºC:<br />

Temperatura (°C) 5 10 18 80 95<br />

Solubilidad (g/100 ml) 0,17 0,21 0,27 2,75 6,8<br />

4- Un compuesto orgánico tiene un punto triple a una temperatura de 150ºC y a una<br />

presión de 231 torr.<br />

B<br />

A<br />

C<br />

9


Química Orgánica I - <strong>CIBEX</strong> 2012<br />

a-¿En qué condiciones de presión y temperatura trabajaría para purificar este<br />

compuesto por sublimación?<br />

b-Indique sobre una gráfica P vs. T, cómo llegaría a dichas condiciones a partir de las<br />

condiciones ambientales.<br />

5-¿Cómo utiliza el punto de fusión de una sustancia como criterio de pureza?<br />

6- Dos sólidos de idéntico aspecto tienen el mismo punto de fusión ¿Puede asegurar que<br />

son la misma sustancia?<br />

7- Si se tienen dos muestras sólidas de idéntico punto de fusión pero usted supone que son<br />

diferentes ¿Cómo haría para corroborar su suposición?<br />

8- Se dispone de una muestra de ácido benzoico de punto de fusión 122°C. Explique cómo<br />

variará el punto de fusión y por qué en los siguientes casos:<br />

a) El ácido benzoico está impurificado<br />

b) El ácido benzoico está húmedo<br />

c) El ácido benzoico está impurificado con ácido o-nitrobenzoico de punto de fusión<br />

142 °C.<br />

d) El ácido benzoico está impurificado con fenantreno de punto de fusión 97°C.<br />

9- ¿Qué criterios utiliza para dar por finalizada una purificación de un sólido por<br />

recristalización?<br />

10- Indique las condiciones que debe reunir un solvente para ser usado en una<br />

recristalización. ¿En qué casos utilizaría una mezcla de solventes? ¿Cómo deben ser entre<br />

si? ¿Qué precauciones deben tomarse cuando el solvente es inflamable?<br />

11- ¿Cuándo se utiliza y en qué consiste la recristalización con carbón activado?<br />

12- ¿Qué métodos se utilizan para secar sustancias sólidas? ¿Qué es un desecador? ¿Cómo<br />

determina que un sólido está seco?<br />

13- Se tienen dos compuestos Ay B completamente inmiscibles en fase sólida y miscibles en fase<br />

líquida. A funde a 104 °C y B a 156 °. Una mezcla de A y B que contiene 70 % de A funde neto a<br />

81 °C.<br />

a) dibuje el diagrama Tf vs composición para el sistema A-B e indique si es posible que una<br />

mezcla que contiene 50 % de A empiece a fundir a 75 °C.<br />

b) Si se calienta lentamente una mezcla que contiene 30 % de A, ¿a qué temperatura<br />

aparecerá líquido y cuál será su composición? ¿A qué temperatura aproximada la mezcla habrá<br />

fundido totalmente y cuál será la composición del líquido? ¿Cómo varía durante la fusión la<br />

composición de la fase líquida y de la fase sólida?<br />

Ejercicios Adicionales<br />

1- Se tiene una mezcla de 10 g de hidantoína (p.f. 220ºC); 1g de 2-nitrofenilhidracina<br />

(p.f.90ºC) y 1g de 2,5-dimetilfenilhidracina (p.f.: 78ºC). Tanto la hidantoína como la 2,5dimetilfenilhidracina<br />

tienen la misma solubilidad en agua (10g/100ml a 100ºC y 1g/100ml<br />

a 10ºC) y la 2-nitrofenilhidracina es insoluble en agua.<br />

10


Química Orgánica I - <strong>CIBEX</strong> 2012<br />

a-¿Qué cantidad de hidantoína pura obtiene después de una recristalización de<br />

agua?<br />

b- Si la mezcla contiene 10g de hidantoína, 1g de 2-nitrofenilhidracina y 9g de 2,5dimetilfenilhidracina,<br />

¿puede purificar la hidantoína utilizando 100ml de agua, entre 100ºC<br />

y 10ºC, en un solo proceso de recristalización?<br />

2- Un sólido tiene p.f. 172ºC y su presión de vapor a esa temperatura es de 340 torr.<br />

a- Elija las condiciones para sublimarlo a presión reducida.<br />

b- ¿Podría sublimarlo a presión atmosférica? ¿Por qué?<br />

3- Mencione en orden las etapas a realizar en la purificación de un sólido por<br />

recristalización. Aclare la finalidad de cada etapa. Dibuje los equipos que se usará para<br />

filtrar por succión y para secar el producto.<br />

4- ¿Cómo elimina las impurezas que son insolubles en caliente y en frío? ¿Y las que son<br />

solubles en caliente y en frío?<br />

5- Justifique la realización de los siguientes pasos experimentales durante la<br />

recristalización de una sustancia sólida impura:<br />

a- Calentar el embudo antes de una filtración en caliente<br />

b- Enfriar la solución saturada a una velocidad moderada<br />

c- Lavar los cristales con el solvente de recristalizacion frio<br />

d- Recristalizar la sustancia trabajando con el solvente a reflujo (a ebullición)<br />

6- Se tienen dos compuestos A y B completamente inmiscibles en fase sólida y miscibles en fase<br />

líquida. A funde a 80 °C y B a 140 °C. Cuando se calienta cualquier mezcla de A y B desde 10 °C,<br />

comienza a aparecer líquido a 50 °C y ese líquido contiene 70 % de A en peso.<br />

Dibuje el diagrama de fases para el sistema A-B.<br />

7- Discuta la validez de las siguientes afirmaciones:<br />

a) una mezcla de 10 g de A (pf 50 °C) y 20 g de B (pf 32 °C) se separa normalmente por<br />

recristalización de un solvente adecuado<br />

b) el punto de fusión de una sustancia pura varía a veces de acuerdo con el solvente de<br />

recristalización usado.<br />

c) si se mezcla α-naftol con vidrio molido el punto de fusión desciende proporcionalmente al grado<br />

de molienda del vidrio.<br />

d) dos sólidos de igual punto de fusión no se pueden separar por recristalización<br />

e) si una sustancia orgánica y su impureza, presente en una proporción del 1 % tienen igual<br />

solubilidad en un dado solvente, dicho solvente no sirve para purificar la sustancia por<br />

recristalización.<br />

f) para recristalizar una sustancia demasiado soluble en agua en frío y demasiado poco soluble en<br />

CCl4 en caliente, se puede utilizar una mezcla agua-CCl4.<br />

BIBLIOGRAFÍA<br />

VOGEL, Practical Organic Chemistry<br />

BREWSTER-VANDERWERF, Mc EWEN, Curso Práctico de Química Orgánica<br />

GALAGOVSKY-KURMAN, Fundamentos teórico-prácticos del Laboratorio.<br />

MARTÍNEZ GRAU Y y CSÁKY, Técnicas Experimentales en Síntesis Orgánica.<br />

11


Química Orgánica I - <strong>CIBEX</strong> 2012<br />

PURIFICACIÓN DE SÓLIDOS: RECRISTALIZACIÓN<br />

La recristalización es una de las técnicas empleadas para purificar sólidos, es decir<br />

separar un compuesto de sus impurezas. Este método se basa en la diferente solubilidad<br />

que presenta la sustancia a purificar y sus impurezas en un solvente o mezcla de solventes.<br />

La teoría de remover las impurezas por recristalización se puede entender,<br />

asumiendo que las impurezas están presentes en menor proporción, usualmente menos que<br />

el 5% del total.<br />

Cristalización es la formación de cristales a partir de una disolución de un producto<br />

o del producto fundido. Durante el proceso de formación de un cristal las moléculas<br />

tienden a fijarse sobre un cristal preexistente compuesto por el mismo tipo de moléculas,<br />

porque encajan mejor en el enrejado cristalino formado por moléculas de la misma<br />

estructura, que en aquellos formados por otro tipo de moléculas. Si el proceso de<br />

cristalización se conduce en condiciones de casi equilibrio, la tendencia de las moléculas a<br />

depositarse en las superficies compuestas por moléculas semejantes produce un notable<br />

incremento en la pureza del material cristalino obtenido. Por todo ello el proceso de<br />

recristalización es uno de los métodos más importantes para la purificación de sólidos. En<br />

el proceso de cristalización es aconsejable que la velocidad de enfriamiento de la solución<br />

que contiene a la sustancia a recristalizar, sea moderada para obtener cristales medianos. Si<br />

el enfriamiento es rápido, el tamaño de los cristales será muy pequeño y por ende, en<br />

conjunto, poseerán una mayor superficie de adsorción en la que podrán fijarse una mayor<br />

cantidad de impurezas. Si el enfriamiento es lento, el tamaño será muy grande y podrán<br />

quedar atrapadas impurezas en el interior del cristal. La cristalización depende de la<br />

diferencia de solubilidad de la sustancia entre el solvente frío y caliente. Es conveniente<br />

que dicha solubilidad sea alta en el solvente caliente y baja en el solvente frío para facilitar<br />

la recuperación del material inicial. El escoger el solvente adecuado es el punto crítico y<br />

requiere ensayos preliminares con pequeñas cantidades del material en una amplia<br />

variedad de solventes o pares de solventes.<br />

Las características más deseables para un solvente de recristalización son:<br />

1- un alto poder de disolución de la sustancia a purificar en caliente y un<br />

comparativamente bajo poder en frío<br />

12


2- debe formar buenos cristales de la sustancia a purificar<br />

P o l a r i d a d<br />

Química Orgánica I - <strong>CIBEX</strong> 2012<br />

3- debe poseer un punto de ebullición relativamente bajo para poder ser fácilmente<br />

eliminado.<br />

4- No debe reaccionar químicamente con la sustancia a purificar<br />

5- Si aparecen dos o más solventes posibles, la elección final dependerá de la facilidad de<br />

manipulación, toxicidad, inflamabilidad y costo.<br />

El solvente o pares de solventes que se van a usar en la recristalización de una<br />

sustancia se escoge de la siguiente manera: unos pocos miligramos de la sustancia se<br />

colocan en un pequeño tubo de Craig y se le añaden unas gotas de solvente, y, con el<br />

agregado de un refrigerante, se calienta a ebullición. Si se desconoce la estructura de la<br />

sustancia a purificar, se suele utilizar en primer lugar un solvente poco polar, como<br />

hexano o éter de petróleo, progresando hacia solventes de mayor polaridad, como alcohol,<br />

agua, ácido acético (Tabla 1). Si se conoce la estructura de la sustancia a purificar o hay<br />

datos de solubilidad en literatura, puede programarse una secuencia de solventes.<br />

Tabla 1: Ejemplo de solventes en orden creciente de polaridad.<br />

Eter de petróleo<br />

Ciclohexano<br />

Sulfuro de Carbono<br />

Tetracloruro de Carbono<br />

Benceno<br />

Tolueno<br />

Diclorometano<br />

Cloroformo<br />

Eter Etílico<br />

Acetona<br />

n-Butanol<br />

Etanol<br />

Metanol<br />

Agua<br />

Acido acético<br />

Si se conoce la solubilidad en ciertos solventes, pueden en principio descartarse<br />

algunos que son extremadamnete insolubles o solubles. Para esto ayuda la siguiente tabla<br />

(basada en los lineamientos de la U.S.P. 24)<br />

13


Química Orgánica I - <strong>CIBEX</strong> 2012<br />

TERMINOS DESCRIPTIVOS PARTES DE SOLVENTE REQUERIDAS<br />

PARA UNA PARTE DE SOLUTO<br />

1. Muy Soluble Menos que 1<br />

2. Libremente Soluble de 1 a 10<br />

3. Soluble de 10 a 30<br />

4. Ligeramente Soluble de 30 a 100<br />

5. Poco Soluble de 100 a 1000<br />

6. Muy Poco Soluble de 1000 a 10000<br />

7. Prácticamente Insoluble o Insoluble mayor o igual a 10000<br />

Los solventes que encuadran en “muy soluble”, “muy poco soluble”,<br />

“prácticamente insoluble” o “insoluble”, no deben ser ensayados.<br />

Los solventes utilizados en las recristalizaciones deben tener, preferencialmente,<br />

punto de ebullición relativamente bajo para poder eliminar fácilmente por evaporación los<br />

restos de solvente adheridos al cristal.<br />

Una vez que la muestra está totalmente disuelta, se enfría la solución, si no<br />

aparecen cristales, el material es demasiado soluble en este solvente y no debe utilizarse<br />

para la recristalización, debiéndose probar otros solventes hasta encontrar el adecuado.<br />

Si no se llega al resultado esperado con un solo solvente, se emplean mezclas de<br />

dos solventes, uno de los cuales es un buen solvente para la muestra y el otro la disuelve<br />

muy poco. El requisito para utilizar pares de solventes es que ambos sean solubles entre sí.<br />

En general se solubiliza la muestra en la mínima cantidad del buen solvente en caliente y<br />

luego se agrega el otro hasta turbidez. Luego se agrega nuevamente una pequeña cantidad<br />

del primer solvente hasta que desaparezca la turbidez, se enfría la solución y se obtienen<br />

los cristales.<br />

muestra.<br />

Cuando se encuentra el disolvente adecuado se procede a recristalizar el resto de la<br />

En su forma más simple, el proceso de recristalización consiste en:<br />

1- Selección del solvente adecuado<br />

2- Disolución en caliente de la sustancia impura en el solvente elegido.<br />

3- Si la solución es coloreada, se efectúa un tratamiento con C* para lograr la adsorción<br />

de las impurezas coloreadas (polares).<br />

4- Si existe material insoluble, filtración de la solución en caliente.<br />

14


5- Enfriamiento de la solución<br />

6- Separación de los cristales de las aguas madres por filtración en frío.<br />

Química Orgánica I - <strong>CIBEX</strong> 2012<br />

7- Secado del sólido resultante hasta peso constante y control de pureza (usualmente a<br />

través del punto de fusión, pero alternativamente se pueden utilizar metódos<br />

espectroscópicos o cromatográficos).<br />

8- Si la muestra se considera impura, se vuelve a recristalizar, tantas veces como sea<br />

necesario hasta llegar a punto de fusión constante. Si el rango de punto de fusión sigue<br />

siendo grande, se debe buscar otro método de purificación.<br />

IMPORTANTE: complementar el estudio de la purificación y secado de<br />

sólidos con los apuntes provistos por la cátedra.<br />

BIBLIOGRAFÍA<br />

VOGEL, Practical Organic Chemistry<br />

BREWSTER-VANDERWERF, Mc EWEN, Curso Práctico de Química Orgánica<br />

GALAGOVSKY-KURMAN, Fundamentos teórico-prácticos del Laboratorio.<br />

MARTÍNEZ GRAU Y y CSÁKY, Técnicas Experimentales en Síntesis Orgánica.<br />

15


Química Orgánica I - <strong>CIBEX</strong> 2012<br />

IMPORTANTE: antes de comenzar el TP, consultar en los catálogos las<br />

características (toxicidad, grado de inflamabilidad, etc) de los reactivos que utilizará<br />

en el desarrollo del mismo<br />

Dado que el control de pureza se llevará a cabo a través de la determinación del<br />

punto de fusión, se deberá realizar la determinación previa para la muestra sin recristalizar<br />

(crudo), para lo que se colocará una pequeña cantidad de la misma en un capilar, cuya<br />

forma de manipuleo será explicada por el personal docente.<br />

a- Preparación de los capilares:<br />

a1- Tomar 2 capilares y cerrar uno de los extremos a la llama (fig. 1)<br />

a2- Colocar sobre un vidrio de reloj una pequeña cantidad del material que se va a<br />

recristalizar, y al que posteriormente determinará el punto de fusión (Pf), molerlo con<br />

ayuda de una espátula metálica.<br />

a3- Introducir los cristales en cada capilar por compresión.<br />

a4- Hacer descender los cristales hasta el extremo cerrado del capilar (una cantidad<br />

adecuada será aquella que permita tener dentro del capilar una altura de columna de<br />

material de 2 a 6 mm), compactar la muestra, dejando caer el capilar por el interior<br />

de un tubo hueco ( = 12 mm), de unos 50 cm de largo, uno de cuyos extremos se<br />

apoya en la mesada.<br />

TP Nº1: RECRISTALIZACIÓN<br />

a5- Cerrar a la llama oxidante el extremo abierto del capilar (fig. 1).<br />

a6- Guardar los capilares para el próximo Trabajo Práctico.<br />

b- Pesar 0.5 gramos del material a recristalizar (crudo).<br />

c- Trasvasar la cantidad pesada a un erlenmeyer con borde esmerilado. Agregar<br />

inicialmente dos veces el peso de material, en ml, del solvente de recristalización.<br />

Adaptar un refrigerante a reflujo en la boca del mismo (fig. 2). Calentar el sistema<br />

hasta que el solvente entre en ebullición. Si permanece sólido no disuelto,<br />

c1- agregar más solvente en una nueva porción de dos veces el peso de material. El<br />

agregado de solvente se hace por el extremo superior del refrigerante.<br />

16


Química Orgánica I - <strong>CIBEX</strong> 2012<br />

c2- Se calienta hasta ebullición interrumpiendo el proceso al notar que la disolución no<br />

progresa.<br />

Si aún se observa sólido no disuelto, se repetirán los pasos c1 y c2 hasta que el agregado<br />

total de solvente de, como máximo, 100 veces el peso del material a recristalizar. No se<br />

continuará con los agregados, al notar que la disolución no progresa luego de 2 agregados<br />

sucesivos.<br />

d- Si la solución saturada en caliente presenta materiales resinosos insolubles o coloración<br />

(impropia del material), deberá ser tratada con carbón activado (C*). Para ello dejar<br />

enfriar la solución unos grados por debajo del punto de ebullición (Pe) de la misma (para<br />

evitar proyecciones y/o formación de espuma), añadir una cantidad de C* (una punta de<br />

espátula, generalmente 1-2% del peso del material a recristalizar), calentando luego la<br />

solución a ebullición suave durante 5 minutos.<br />

e- Filtrar la solución en caliente (fig 5). Para ello, en otro erlenmeyer de capacidad<br />

adecuada, colocar una cantidad de solvente suficiente para que todo el fondo del<br />

recipiente quede cubierto. Colocar en la boca del erlenmeyer el embudo que va a<br />

utilizar, en el que ha colocado previamente el papel de filtro plegado (Fig. 3). Calentar<br />

el solvente contenido en el erlenmeyer a ebullición durante 2-3 minutos. Una vez que<br />

todo el equipo (erlenmeyer, embudo, papel) esté caliente, se comienza a filtrar la<br />

solución que se ha mantenido a ebullición, con la ayuda de una varilla de vidrio<br />

precalentada. La solución límpida así obtenida se deja enfriar a temperatura ambiente.<br />

Una vez producida la cristalización se enfría a una temperatura compatible con la<br />

naturaleza del solvente. Si al enfriar a temperatura ambiente no hubiera cristalización,<br />

inducir la misma raspando las paredes del recipiente con una varilla de vidrio.<br />

f- Filtrar en frío, utilizando una trompa de agua, embudo Buchner y kitasato (fig. 4). Una<br />

vez que todos los cristales se han trasvasado al embudo y el líquido ha drenado<br />

totalmente, suspender la succión, agregar una porción del solvente de recristalización<br />

enfriado a la misma temperatura que se haya enfriado la solución. Homogeneizar la<br />

suspensión con ayuda de una varilla para favorecer el contacto de los cristales con el<br />

solvente y aplicar nuevamente la succión. Repetir el proceso . Guardar las aguas<br />

madres.<br />

17


Química Orgánica I - <strong>CIBEX</strong> 2012<br />

g- Transferir los cristales a un recipiente adecuado (previamente tarado), por ejemplo un<br />

cristalizador pequeño o una cápsula de Petri.<br />

h- Secar los cristales en tambor de vacío o en desecador (fig 6 y 7) hasta peso constante<br />

(demandará varias hs o días, dependiendo de la sustancia y el solvente empleados para<br />

el TP).<br />

i- Una vez que los cristales estén secos, se continuará con el siguiente TP (Determinación<br />

de Pf y Pf mezcla).<br />

j- Calcular en forma aproximada la eficiencia del proceso de recristalización<br />

Rendimiento de recristalización: Masa de sólido seco final x 100<br />

Masa de solido seco inicial<br />

PREGUNTAS ORIENTATIVAS<br />

1- ¿Por qué se debe disolver la muestra en caliente?<br />

2- ¿Qué precauciones se deben tomar cuando se utiliza un solvente volátil en la<br />

recristalización?<br />

3- ¿Por qué el carbón activado se debe agregar en caliente, pero no a ebullición?<br />

4- ¿Por qué es necesario que el sólido se encuentre seco para determinar el PF?<br />

5- Si se dispone de una sustancia sólida factible de purificar por recristalización y se<br />

conoce el solvente adecuado para ello, ¿cuántas recristalizaciones realiza?<br />

6- ¿Qué equipo utilizaría en caso de disponer una cantidad de muestra muy pequeña?<br />

7- ¿Cómo podría inducir la cristalización? Mencione al menos tres formas.<br />

Figura 1: Cerrado de un capilar Figura 3: Plegado del papel de filtro<br />

(a) (b) (c)<br />

(d) (e)<br />

18


Química Orgánica I - <strong>CIBEX</strong> 2012<br />

Figura 2: Equipo de calentamiento a reflujo Figura 4: Equipo de filtración en vacío<br />

H2O<br />

Figura 5: Equipo de filtración en caliente<br />

H2O<br />

19


Química Orgánica I - <strong>CIBEX</strong> 2012<br />

Figura 6: Desecador cerrado para guardar sólidos y que éstos no se humedezcan<br />

Figura 7: Desecador con conexión a sistema de vacío para secar sólidos<br />

20


Química Orgánica I - <strong>CIBEX</strong> 2012<br />

CONTROL DE PUREZA DE SOLIDOS: PUNTO DE FUSIÓN<br />

Las propiedades físicas de las sustancias, como punto de ebullición y fusión,<br />

densidad, peso molecular, solubilidad, rotación óptica y propiedades espectrales<br />

suministran información muy útil en la elucidación de estructuras y caracterización de los<br />

compuestos orgánicos . Una constante física de gran importancia práctica es el punto de<br />

fusión.<br />

El punto de fusión de un sólido y recíprocamente el punto de congelación de un<br />

líquido se puede definir como la temperatura a la cual, para una presión dada, las fases<br />

sólida y líquida están en equilibrio. En esta afirmación queda implícita la forma<br />

cuantitativamente más correcta de definir el punto de congelación o de fusión, como la<br />

temperatura a la cual las presiones de vapor de la fase líquida son iguales.<br />

Aunque la intersección de las curvas de presión de vapor para la fase sólida y<br />

líquida definan una temperatura única para el punto de fusión de un sólido, en las<br />

determinaciones experimentales raramente se observa este hecho a causa de los métodos<br />

experimentales empleados. Por lo general se colocan cantidades muy pequeñas de muestras<br />

de sólidos en tubo capilar dentro de un baño de aceite, o entre dos placas de vidrio en un<br />

compartimiento caliente, cuya temperatura se incrementa continuamente en uno o dos<br />

grados por minuto. Dado que se requiere una cantidad finita de tiempo para que ocurra la<br />

fusión completa, será necesario asignar un intervalo de temperaturas para el punto de<br />

fusión de cualquier sustancia, por ejemplo, ácido benzoico: 121,0-121,5°C. En los libros de<br />

constantes generales y en tablas de punto de fusión se encuentra una temperatura única,<br />

normalmente un promedio de varios datos conocidos, indicativa de cuándo una sustancia<br />

pura debería fundir. No obstante, cuando se da el punto de fusión de una muestra, debe<br />

hacerse constar el intervalo de fusión, es decir, la temperatura a la cual se comienza a<br />

observar el primer indicio de fusión y la temperatura a la cual desaparece el último cristal.<br />

Tanto la temperatura como el intervalo de fusión observados reflejan la pureza de la<br />

muestra.<br />

La adición de un soluto no volátil a un líquido produce un descenso en la presión de<br />

vapor de la fase líquida (ley de Raoult). A partir de la definición de punto de fusión o<br />

congelación, resulta evidente que una disminución en la presión de vapor de la fase líquida,<br />

se traducirá en un descenso en el punto de fusión o congelación.<br />

21


Química Orgánica I - <strong>CIBEX</strong> 2012<br />

La presión de vapor de la fase sólida en equilibrio con este líquido puede, para<br />

todos los efectos, considerarse como no afectada, porque el solvente en la fase sólida<br />

tiende a existir como unas pequeñas unidades cristalinas con el soluto cristalino disperso<br />

dentro de ellas. Por lo general, el soluto no se incorporará dentro de la estructura cristalina<br />

del solvente, por lo que, si el soluto continúa soluble en la fase líquida su concentración<br />

cambiará en relación con el cambio de volumen del líquido solvente durante el proceso de<br />

fusión. El resultado neto será que el punto de fusión de la mezcla aumentará a medida que<br />

progresa el proceso de fusión, obteniéndose un intervalo de punto de fusión mucho más<br />

grande (varios grados) que el observado para una sustancia pura. Es así que cuando una<br />

muestra está impura poseerá un rango de Pf 1°C y la temperatura final de dicho rango será<br />

menor o igual a la temperatura de Pf. Por otro lado si la muestra se halla pura el rango de Pf<br />

será de 0,5 o 1°C.<br />

Finalmente, podemos decir que a medida que las impurezas se van eliminando en<br />

las sucesivas etapas de purificación, el intervalo de punto de fusión debe disminuir y el<br />

punto de fusión debe aumentar.<br />

La muestra debe observarse cuidadosamente mientras dura el proceso de fusión<br />

para detectar la presencia de cambios en la forma del cristal, descomposición con<br />

productos gaseosos, o descomposición con carbonización, tales observaciones pueden ser<br />

muy útiles para obtener información estructural.<br />

PUNTO DE FUSIÓN DE MEZCLAS<br />

El fenómeno de descenso del punto de fusión tiene varias aplicaciones muy<br />

importantes en el análisis estructural. Las disminuciones del punto de fusión se pueden<br />

usar en comparaciones directas con sustancias desconocidas, por ejemplo, el punto de<br />

fusión de una mezcla del producto desconocido y un producto conocido que tenga la<br />

misma estructura que el producto problema, no mostrará ningún descenso del punto de<br />

fusión, mientras que las mezclas de la sustancia problema con otras sustancias conocidas<br />

de diferente estructura mostrarán descensos en el Pf de la mezcla.<br />

Si se sospecha que una sustancia desconocida X (pura, con un pf constante y<br />

definido) es un compuesto conocido Y (puro y de igual pf), se puede determinar el punto<br />

de fusión de una mezcla de X eY con varias composiciones, por ej 50:50 , 70:30 y 30:70.<br />

22


Química Orgánica I - <strong>CIBEX</strong> 2012<br />

Si el pf mezcla es menor al de las sustancias, puede asegurarse que las sustancias son<br />

diferentes ya que una actuará de impureza de la otra y habrá descenso crioscópico.<br />

Si el pf de las mezclas es igual al de las sustancias X e Y, se puede suponer que X e Y<br />

pueden ser la misma sustancia pero no se puede hacer una identificación absoluta (con un<br />

100 % de certeza) ya que algunas mezclas pueden no presentar descenso crioscópico (por<br />

fortuna son casos muy raros). La identificación absoluta se hará con medidas<br />

espetroscópicas, técnicas que se aprenderán en la segunda parte de la materia.<br />

Se suele decir que el punto de fusión mezcla (punto de fusión mixto para algunos<br />

autores) se puede utilizar como criterio de no identidad o de identidad negativo. Esto es,<br />

si pf X= pf Y ≠ pf mezcla, se puede asegurar la no identidad de la sustancia desconocida<br />

si pf X= pf Y = pf mezcla , puede suponerse que se trata de la misma sustancia pero no<br />

puede asegurarse con un 100 % de certeza y habrá que hacer análisis adicionales para<br />

confirmar la identidad. Hay algunos casos muy sencillos donde el pf mezcla puede usarse<br />

como identificación pero para eso se debe tener bastante información adicional acerca de la<br />

sustancia desconocida y contar con el criterio de un químico orgánico experimentado.<br />

IMPORTANTE: complementar el estudio de la teoría del punto de fusión<br />

con los apuntes provistos por la cátedra.<br />

BIBLIOGRAFÍA<br />

VOGEL, Practical Organic Chemistry<br />

BREWSTER-VANDERWERF, Mc EWEN, Curso Práctico de Química Orgánica<br />

GALAGOVSKY-KURMAN, Fundamentos teórico-prácticos del Laboratorio.<br />

MARTÍNEZ GRAU Y y CSÁKY, Técnicas Experimentales en Síntesis Orgánica.<br />

23


Química Orgánica I - <strong>CIBEX</strong> 2012<br />

PURIFICACIÓN DE SÓLIDOS: SUBLIMACIÓN<br />

Algunas sustancias cuando se calientan pasan directamente a la fase vapor y al<br />

enfriar vuelven directamente al estado sólido. Tal proceso se denomina sublimación y es<br />

un método adecuado para la purificación de sólidos, siempre y cuando el compuesto tenga<br />

una alta presión de vapor a las temperaturas por debajo del punto de fusión, de modo que la<br />

vaporización del sólido sea rápida y el vapor pueda ser sublimado en el dedo frío.<br />

Para poder purificar una sustancia por el método de sublimación, se debe trabajar<br />

con un valor de presión por debajo de la presión de su punto triple. Por lo tanto debe tener<br />

ese valor relativamente alto (como es el caso del hielo seco cuya p del pT es superior a la<br />

atmosférica y por eso sublima a presión atmosférica) o que experimentalmente se pueda<br />

alcanzar con una bomba de vacío. Desafortunadamente pocas sustancias orgánicas<br />

subliman a presión atmosférica, siendo generalmente necesaria la sublimación a presión<br />

reducida. Los tipos de compuestos que subliman fácilmente son muchos -aminoácidos,<br />

cetonas, ácidos carboxílicos y la mayoría de los anhídridos y quinonas.<br />

No son muchas las sustancias “sublimables” ya que la mayoría tiene el valor de p<br />

del pT tan bajo, que no se puede alcanzar con una bomba de vacío.<br />

Zona de trabajo en sublimación<br />

24


purificar.<br />

Química Orgánica I - <strong>CIBEX</strong> 2012<br />

Las impurezas serían materiales de diferente presión de vapor que el compuesto a<br />

La sustancia finamente dividida se coloca en el fondo del tubo receptor y se coloca<br />

el dedo frío adentro, se aplica el vacío y se incrementa muy lentamente la temperatura de la<br />

muestra hasta que empieza a sublimar, sin embargo, la temperatura de la muestra debe<br />

mantenerse por debajo de su punto de fusión.<br />

Tener en cuenta que se trata de una sustancia impura, por lo tanto tendrá un punto<br />

de fusión inferior al de literatura.<br />

Al final de la sublimación se interrumpe el flujo del solvente refrigerante al condensador o<br />

dedo frío, se retira éste y la muestra se recupera raspando la superficie del dedo frío<br />

¿Cómo se llega experimentalmente a las condiciones de trabajo en el laboratorio?<br />

Si se sabe que la sustancia sublima a presión atmosférica, se calienta lentamente hasta<br />

observar sublimación y luego se mantiene la temperatura constante.<br />

Si se debe trabajar en vacío, primero se hace vacío hasta el máximo que dé la bomba y<br />

luego se calienta lentamente hasta observar sublimación.<br />

Recordar que siempre se debe calentar hasta un máximo de 10-15ºC por debajo del punto<br />

de fusión de la muestra.<br />

Nota: Si se va a evaluar la eficiencia del proceso, deben pesarse el producto a purificar y el<br />

purificado.<br />

Ventajas y desventajas de la técnica de sublimación:<br />

VENTAJAS DESVENTAJAS<br />

1- no se emplea solvente 1- se puede purificar poca muestra (1gr)<br />

2- son pocos pasos 2- no todos los compuestos tienen tendencia a<br />

sublimar<br />

3- no es necesario secar 3- no siempre las impurezas presentan<br />

diferencias en la presión de vapor.<br />

25


Química Orgánica I - <strong>CIBEX</strong> 2012<br />

TP Nº2: PUNTO DE FUSIÓN Y SUBLIMACIÓN<br />

IMPORTANTE: antes de comenzar el tp, consultar en los catálogos las<br />

características (toxicidad, grado de inflamabilidad, etc) de los reactivos que utilizará<br />

en el desarrollo del mismo<br />

A- DETERMINACIÓN DEL PUNTO DE FUSIÓN PREVIO (SUSTANCIA A<br />

SUBLIMAR)<br />

Tomar 2 capilares y prepararlos para la determinación de Pf, según se describió en los<br />

incisos a1 a a5 del TP de “Recristalización” (fig. 1), y cargarlos con el producto a sublimar<br />

(crudo). Se emplearán naftaleno o ácido benzoico, según corresponda.<br />

Determinación de un PF previo<br />

A1- Se usará para este fin uno de los capilares del compuesto crudo preparados en el punto<br />

anterior<br />

A2- Adosar el capilar, mediante una pequeña banda elástica, al termómetro, de modo que la<br />

muestra contenida en el capilar quede a la mitad del bulbo del termómetro (Fig. 2)<br />

A3- Perforar y cortar un tapón para sostener el termómetro en el equipo de determinación<br />

de PF.<br />

A4- Escoger el equipo de determinación de PF (fig. 3): a) tubo de Thiele, b) equipo de<br />

doble baño, y controlar el nivel de líquido calefaccionante.<br />

A5- Armar el aparato como se muestra en la Figura 3, cuidando de que la gomita quede<br />

fuera del líquido calefaccionante.<br />

A6- Comenzar el calentamiento con llama pequeña, a una velocidad no mayor de 5ºC/min<br />

hasta observar cambio de fase, anotar esta temperatura. Continuar el calentamiento<br />

hasta que todo el sólido haya fundido, anotar esta temperatura. Ambas temperaturas<br />

constituirán los extremos del rango aproximado de Pf.<br />

B- SUBLIMACIÓN<br />

B1- Colocar los cristales secos y previamente pesados y molidos (por ejemplo, 40 mg) en<br />

el sublimador (fig 4). En el caso de realizarse la experiencia a presión reducida, conectar<br />

éste a la línea de vacío y establecer la presión de trabajo, que será la mínima que logre<br />

con su sistema de vacío.<br />

B2- Sumergir el sublimador con la muestra en el baño. Tener la precaución de que el nivel<br />

del líquido calefaccionante (baño) quede por debajo de la altura a la que se halle el dedo<br />

frío.<br />

26


Química Orgánica I - <strong>CIBEX</strong> 2012<br />

B3- Comenzar a calentar (Precaución: el baño se debe calentar hasta no más de 20ºC por<br />

debajo del valor de PF determinado anteriormente). Cuando comience a sublimar,<br />

mantener la temperatura y continuar la operación hasta que no se observe cambio en la<br />

masa del sublimado.<br />

(Tener presente la máxima temperatura del baño de acuerdo con lo establecido<br />

anteriormente)<br />

B4- Levantar el sublimador del baño y dejar que alcance la temperatura ambiente.<br />

B5- Restaurar lentamente la presión atmosférica y desarmar cuidadosamente el<br />

sublimador.<br />

B6- Raspar los cristales adheridos al dedo frío recogiéndolos en un recipiente tarado (por<br />

ejemplo, cápsula de Petri).<br />

B7- Pesar el producto obtenido y llenar un capilar con una porción del mismo, como se<br />

realizó en el TP de recristalización. Determinar simultáneamente el PF del crudo y del<br />

producto sublimado.<br />

B8- Calcular la eficiencia del proceso.<br />

IMPORTANTE: una vez que comenzó la sublimación y en forma simultánea, parte del grupo<br />

deberá dedicarse a realizar la determinación del punto de fusión de los productos crudo y<br />

recristalizado pertenecientes al Trabajo Práctico de Recristalización. El procedimiento para<br />

dicho trabajo se describe a continuación.<br />

C- DETERMINACIÓN DEL PUNTO DE FUSIÓN (PRODUCTO CRUDO Y<br />

RECRISTALIZADO DEL TP DE RECRITALIZACIÓN)<br />

Tomar 2 capilares y prepararlos para la determinación de Pf, según se describió en los<br />

incisos a1 a a5 del TP de “Recristalización” (fig. 1), y cargarlos con el producto<br />

recristalizado y seco resultante del TP anterior (acetanilida recristalizada)<br />

C1 - Determinación de un PF previo:<br />

C1.1- Se usará para este fin uno de los capilares del compuesto crudo preparados en el TP<br />

anterior.<br />

C1.2- Proceder según lo indicado en los incisos A2 a A6 del presente trabajo práctico.<br />

C2- Determinación de PF<br />

C2.1- Dejar enfriar el baño y comenzar desde el ítem A2 del presente trabajo práctico,<br />

adosando los capilares con las diferentes muestras a comparar (crudo y recristalizado) al<br />

termómetro mediante una gomita.<br />

27


Química Orgánica I - <strong>CIBEX</strong> 2012<br />

C2.2- Construir una tabla con valores de temperatura del baño en función del tiempo<br />

transcurrido desde el comienzo del calentamiento, iniciándola 20ºC antes del Pf previo<br />

y hasta fusión completa del sólido.<br />

C2.3- Comenzar el calentamiento a 5ºC por minuto. Cuando la temperatura del baño sea<br />

unos 15 a 20ºC inferior al valor del PF previo, disminuir la velocidad de calentamiento a<br />

1ºC por minuto.<br />

C2.4- Observar la muestra contenida en el capilar, anotando cualquier cambio observado.<br />

Anotar las siguientes temperaturas :<br />

i- temperatura de ablandamiento (a la cual la columna de sólido se contrae).<br />

ii- temperatura a la que aparece la primera fase líquida.<br />

iii- temperatura correspondiente a la desaparición de la última fase de sólida.<br />

El rango comprendido entre estas dos últimas temperaturas se toma como PF de la<br />

sustancia.<br />

C3- Determinación del PF mezcla<br />

C3.1- Se determinará aquí el Pf simultáneo de 3 muestras contenidas en 3 capilares:<br />

Capilar 1: muestra recristalizada.<br />

Capilar 2: muestra problema, que será entregada por la cátedra.<br />

Capilar 3: mezcla de 1 y 2 que se realizará sobre un vidrio de reloj con cantidades<br />

aproximadamente iguales de ambas sustancias.<br />

C.3.2- Determinar el PF simultáneo de las sustancias contenidas en los tres capilares,<br />

teniendo en cuenta las instrucciones dadas para la determinación del PF.<br />

C.3.3- Expresar los resultados finales obtenidos en el TP.<br />

PREGUNTAS ORIENTATIVAS<br />

A-PUNTO DE FUSIÓN<br />

1- El capilar que se va a usar en la determinación del PF, ¿debe necesariamente tener<br />

ambos extremos cerrados?<br />

2- ¿Qué equipos conoce para la determinación del PF?<br />

3- ¿Qué efecto producen las impurezas solubles en el valor del PF de una sustancia? ¿Y las<br />

insolubles?<br />

4- ¿Qué es un eutéctico? ¿Por qué sería un problema en la determinación del PF de un<br />

material?<br />

28


Química Orgánica I - <strong>CIBEX</strong> 2012<br />

5- ¿Con qué criterio utiliza el PF mezcla? ¿Puede identificar una sustancia por este<br />

método?<br />

6- Dos sustancias desconocidas, tienen el mismo punto de fusión: a) ¿Es correcto inferir<br />

que se trata de una única sustancia?; b) ¿Qué experimento sencillo haría para corroborar<br />

a)?<br />

B-SUBLIMACIÓN<br />

1- ¿En qué casos es posible utilizar la sublimación como método de purificación?<br />

2- Indique la diferencia entre punto de fusión y punto triple. Realice un diagrama presión<br />

de vapor vs temperatura, indicando el significado de cada zona, línea y punto.<br />

3- ¿Cómo determina experimentalmente las condiciones de trabajo en una sublimación?<br />

4- ¿Cómo controla la pureza del material sublimado?<br />

Figura 1: cerrado de un capilar<br />

Figura 2: Modo de adosar el termómetro al capilar<br />

29


Figura 3: Equipos para determinar el PF<br />

Química Orgánica I - <strong>CIBEX</strong> 2012<br />

Tubo Thiele Equipo de doble baño<br />

H 2 O<br />

Figura 4: Sublimador<br />

Trampa de seguridad<br />

Sistema<br />

de vacío<br />

30


DESTILACIÓN<br />

Química Orgánica I - <strong>CIBEX</strong> 2012<br />

La destilación es uno de los métodos más usados en la separación y purificación de<br />

líquidos. El éxito obtenido en el uso de las técnicas de destilación depende de varios<br />

factores. Entre éstos se incluye la diferencia de presión de vapor (referido a la diferencia en<br />

el punto de ebullición) de los componente presentes, de la cantidad de muestra, del equipo<br />

de destilación, de la posible destilación simultánea de dos componentes, o la formación de<br />

azeótropos, y del cuidado que tenga el experimentador.<br />

Dado que el proceso de destilación se basa en el hecho de que el vapor procedente<br />

de una mezcla líquida es más rico en el componente más volátil, estando la composición<br />

controlada por las leyes de Raoult y Dalton, una destilación simple no conducirá nunca a<br />

la separación completa de las dos sustancias volátiles, excepto cuando la diferencia de<br />

volatilidad sea demasiado grande.<br />

Si se sabe que una muestra contiene principalmente un solo componente volátil, se<br />

puede usar una destilación simple para obtener una purificación suficiente del compuesto<br />

(Figura 1).<br />

Cuando es necesario separar dos o más compuestos volátiles se debe emplear la<br />

destilación fraccionada (Figura 2). El principio de la destilación fraccionada está basado<br />

en la ejecución de un gran número de ciclos teóricos de condensación-evaporación. Al usar<br />

una columna de fraccionamiento se produce un equilibrio entre el líquido condensado que<br />

desciende por su interior y los vapores ascendentes, lo cual produce efectos de múltiples<br />

ciclos de evaporación-condensación.<br />

La longitud y el tipo de columnas de fraccionamiento requerido, dependen de los<br />

puntos de ebullición de los componentes a separar, se consiguen separaciones adecuadas<br />

de componentes que difieren en su punto de ebullición unos 15 o 20ºC, usando columnas<br />

de Vigreaux. Para la separación de componentes de puntos de ebullición cercanos, se<br />

pueden usar columnas de relleno o las de banda giratoria. En todo momento se deben<br />

mantener las condiciones de equilibrio en la columna de fraccionamiento para conseguir<br />

una buena separación. La relación entre el producto condensado al matraz respecto del<br />

producto destilado se denomina “relación de reflujo” debe ser siempre mucho mayor que<br />

uno, generalmente dentro del intervalo de 5 a 10 para compuestos fácilmente separables. El<br />

mantener la razón de reflujo en esa región requiere un control muy cuidadoso de la<br />

31


Química Orgánica I - <strong>CIBEX</strong> 2012<br />

cantidad de calor aplicado al balón de destilación. Se debe evitar siempre el flujo excesivo<br />

de líquido por la columna. A continuación se describen brevemente los detalles<br />

experimentales de la destilación fraccionada y el sistema a separar en el trabajo práctico.<br />

Figura 1. ESQUEMA DEL EQUIPO DE DESTILACIÓN SIMPLE<br />

Termómetro<br />

Tubo<br />

adaptador<br />

Balón de<br />

destilación<br />

Platina<br />

calefactora<br />

Refrigerante<br />

recto<br />

Figura 2. ESQUEMA DEL EQUIPO DE DESTILACIÓN FRACCIONADA<br />

H2O<br />

Alargadera<br />

Colector<br />

32


Química Orgánica I - <strong>CIBEX</strong> 2012<br />

Por lo general, si el punto de ebullición de la muestra es superior a 180ºC, o si la<br />

sustancia se descompone durante o antes de su punto de ebullición, se debe realizar una<br />

destilación a presión reducida. Esto se puede lograr usando una trompa de agua capaz de<br />

producir presiones inferiores a 12 o 15 torr, o una bomba de vacío capaz de producir<br />

presiones inferiores a 0,01 torr.<br />

La Figura 3 muestra un equipo de destilación a presión reducida, que incluye un<br />

manómetro para determinar la presión de trabajo, una válvula fría (sólo para usarla cuando<br />

se emplea una bomba de vacío) y una llave de paso de aire para introducir aire en el<br />

interior del sistema con el fin de igualar la presión interior del aparato con la atmosférica<br />

antes de proceder al desmontado de éste. Todo el equipamiento adicional se acopla al<br />

equipo a través de la salida lateral de la alargadera (fig 4). El vacío nunca debe<br />

interrumpirse por una separación del balón o del termómetro. Deben usarse anteojos de<br />

seguridad para proteger al experimentador encargado de la destilación. La comparación de<br />

puntos de ebullición a presiones diferentes se consigue utilizando un nomograma (Figura<br />

5). La muestra se coloca en el balón de destilación, se añade luego un capilar fino (en el<br />

caso de utilizar destilación fraccionada a presión atmosférica se utiliza generalmente un<br />

trozo de porcelana porosa) a través del cual se pasa una débil corriente de nitrógeno para<br />

obtener una ebullición suave y continuada. Alternativamente puede utilizarse un agitador<br />

magnético con el mismo propósito.<br />

Figura 3. ESQUEMA DE UN EQUIPO DE DESTILACIÓN SIMPLE A PRESIÓN<br />

REDUCIDA<br />

33


Figura 4: alargadera apta para destilación a vacío<br />

Figura 5. ESQUEMA DEL NOMOGRAMA<br />

Punto de ebullición<br />

observado<br />

Pe<br />

corregido a<br />

760 torr<br />

Química Orgánica I - <strong>CIBEX</strong> 2012<br />

Presión en<br />

Torr<br />

34


Química Orgánica I - <strong>CIBEX</strong> 2012<br />

Si se intenta la destilación de un sistema de dos fases inmiscibles, se obtiene la<br />

destilación parcial de ambas fases, la cantidad de cada fase destilada depende de su<br />

volatilidad relativa. Si una de las fases empleada es agua, entonces se denomina<br />

destilación por arrastre de vapor.<br />

Las destilaciones por arrastre de vapor son muy útiles para separar compuestos<br />

volátiles de compuestos relativamente no volátiles, particularmente cuando el más volátil<br />

de ellos posee un punto de ebullición muy alto y puede sufrir descomposición si se intenta<br />

una destilación directa. Esta técnica es también adecuada si la presencia de otras impurezas<br />

menos volátiles causa la descomposición parcial o destrucción de la fracción deseada en<br />

condiciones normales de destilación. La destilación por arrastre de vapor puede usarse para<br />

separar compuestos isómeros, particularmente cuando uno de los isómeros es capaz de<br />

formar enlace de hidrógeno intramolecular, entonces este isómero se convierte en el más<br />

volátil mientras que los otros isómeros pueden participar en enlaces por puente de<br />

hidrógeno intermolecular y con el agua.<br />

Un esquema típico de un equipo de destilación por arrastre se observa en la figura<br />

5. Las cantidades pequeñas de productos pueden destilarse por arrastre de vapor con una<br />

destilación directa de una mezcla de la muestra y agua, simplificando la fuente externa de<br />

vapor y el conjunto de conducción. El material orgánico se recupera del destilado por<br />

separación de fases, generalmente previa extracción con un solvente orgánico.<br />

Figura 5. ESQUEMA DE UN EQUIPO DE DESTILACIÓN POR ARRASTRE CON<br />

VAPÒR DE AGUA<br />

Agua<br />

Calentamiento Calentamiento<br />

Salida de Agua<br />

Mezcla a<br />

destilar<br />

Entrada de<br />

Agua<br />

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DESTILACIÓN EN ROTAVAPOR (evaporador rotativo)<br />

Química Orgánica I - <strong>CIBEX</strong> 2012<br />

Esta destilación no es más que una destilación simple a presión reducida llevada a<br />

cabo en un aparato especialmente diseñado para eliminar el solvente de una disolución,<br />

recuperando el soluto (que normalmente es el compuesto de interés y que puede ser sólido<br />

o líquido de alto punto de ebullición) en el balón de destilación y el solvente en el balón<br />

colector. Se elimina el solvente con la disminución de la presión gracias a una bomba de<br />

vacío o trompa de agua y se puede calentar el balón de destilación si es necesario.<br />

IMPORTANTE: complementar el estudio de la teoría de la destilación y<br />

secado de líquidos con los apuntes provistos por la cátedra.<br />

BIBLIOGRAFÍA<br />

VOGEL, Practical Organic Chemistry<br />

BREWSTER-VANDERWERF, Mc EWEN, Curso Práctico de Química Orgánica<br />

GALAGOVSKY-KURMAN, Fundamentos teórico-prácticos del Laboratorio.<br />

36


Química Orgánica I - <strong>CIBEX</strong> 2012<br />

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Química Orgánica I - <strong>CIBEX</strong> 2012<br />

38


SEMINARIO: PURIFICACION DE LIQUIDOS<br />

Química Orgánica I - <strong>CIBEX</strong> 2012<br />

1- Indique mediante un diagrama presión de vapor vs. composición y temperatura vs.<br />

composición qué sucede con el p.e. del tolueno (110,6ºC) cuando se le agrega :<br />

a- acetona (p.e. 56ºC)<br />

b- b-1,3-diisopropilbenceno (p.e. 203,3ºC)<br />

Defina destilación simple y destilación fraccionada, y dibuje en los diagramas de<br />

temperatura vs composición un esquema de dichos procesos.<br />

2- Si una muestra líquida de identidad no conocida, destila a temperatura constante, ¿puede<br />

asegurar que se trata de una sustancia pura?<br />

En caso de respuesta afirmativa, justificarla.<br />

En caso de respuesta negativa, ¿cómo procedería para asegurar si la muestra es pura o no?<br />

3- Si se destilan 200 ml de una solución formada por cuatro componentes, cuya<br />

composición y p.e. se indican en la Tabla, dibujar la CURVA IDEAL de destilación,<br />

indicando en el gráfico los volúmenes a recoger, sabiendo que los componentes A y B<br />

forman un azeótropo de mínimo p.e. (45ºC), cuya composición es 75%v/v de A y 25%v/v<br />

de B. Indicar, además, qué sustancias podrían obtenerse en estado puro.<br />

COMPONENTE p.e. (ºC) %(v/v)<br />

A 50 30<br />

B 60 10<br />

C 100 50<br />

D 110 10<br />

4- Dibujar un esquema completo de un equipo útil para purificar etanol absoluto, de p.e.<br />

78ºC, impurificado con p-xileno, de p.e. 130ºC.<br />

5- Se tiene un sistema formado por dos líquidos miscibles A (p.eb= 93 °C) y B (p.eb= 62°C). Al<br />

destilar una mezcla de XA= 0,7, la composición del líquido y del vapor son iguales y el termómetro<br />

del aparato indica 48 °C.<br />

a) Construya el diagrama de T vs XA para el sistema A-B.<br />

b) Si se realiza una destilación simple de una mezcla de XA= 0,2, ¿cuál es la temperatura que<br />

marca el termómetro cuando se recoge la primera gota de destilado y cuál será su composición?<br />

6- Se desea purificar por destilación fraccionada cuatro sustancias presentes en 50ml de<br />

una mezcla que presenta la siguiente composición :<br />

Sustancia %v/v p.e. (ºC)<br />

A 10 73<br />

B 30 197<br />

C 40 245<br />

D 20 72<br />

B y C forman un azeótropo de máxima (p.e. 285ºC), cuya composición es B : 70%, C: 30%<br />

a- Esquematizar el equipo utilizado<br />

39


Química Orgánica I - <strong>CIBEX</strong> 2012<br />

b- Indicar qué sustancias se pueden obtener al estado puro<br />

c- Dibuje el gráfico temp. vs. V que esperaría obtener al realizar una destilación<br />

lenta, indicando en forma aproximada los volúmenes de las distintas fracciones.<br />

7- a-Como se clasifican los agentes desecantes? De ejemplos de cada caso.<br />

b-Defina capacidad y eficacia de un agente desecante.<br />

c-¿Cómo procede para secar un líquido?<br />

8- a) Describa el fundamento de la destilación por arrastre con vapor de agua<br />

c) Se destila un compuesto A de p.e. 180ºC, usando como arrastre agua (A es<br />

inmiscible con H2O). Explicar por qué la destilación se realizará a una temperatura<br />

inferior a los p.e. de las sustancias mencionadas.<br />

9- ¿Cómo puede estimar el p ebull de un líquido a una presión distinta de la atmosférica?<br />

10- Se tiene una mezcla de 50 ml de metanol y 50 ml de butanona. Estos líquidos son<br />

miscibles y no cumplen la ley de Raoult. i) Suponiendo una destilación ideal, ¿cuáles<br />

serán las fracciones que destilarán, a qué temperatura y con qué composición? ii) Dibuje<br />

como sería el gráfico aproximado T vs X para esta mezcla indicando los puntos que se<br />

dan como datos.<br />

Datos: Peb metanol: 65ºC; Peb butanona: 80ºC; T azeot: 50ºC; X azeot: 80 % V/V en<br />

metanol<br />

Ejercicios Adicionales<br />

1- a) Se colocan iguales masas de cada integrante de las siguientes mezclas en un equipo<br />

de destilación fraccionada. Indique de qué tipo de mezcla se tratan y qué fracciones se<br />

recogerán a las distintas temperaturas (“curva ideal de destilación”):<br />

a- agua-acetona<br />

b- agua-etanol<br />

b) ¿Y si se colocan iguales masas de una mezcla de agua y de cloruro de n-pentilo en un<br />

equipo de destilación simple? ¿Qué tipo de destilación ocurrirá? ¿Cómo separaría los<br />

componentes de dicha mezcla?<br />

(recurra a la bibliografía correspondiente si necesita datos adicionales)<br />

2- Dos líquidos A y B, de p.e. 116 y 100ºC, forman un azeótropo de de p.e. 119ºC, de<br />

composición %p/p A 81,6 y B 18,4. Si se tiene una mezcla de 87,5ml de A y 30ml de B ,<br />

A=0,8 g/ml y B=1,0 g/ml. Calcular la composición y volumen de destilado y residuo.<br />

3- El isopropanol forma un azeótropo binario con agua (12%v/v de agua, p.e. 80ºC), y con<br />

benceno y agua forma un azeótropo ternario 7,5% agua, 73,3% benceno, de p.e. 66ºC. Si se<br />

requiere obtener isopropanol anhidro tomando como material de partida el azeótropo<br />

binario, indicar:<br />

a- cuánto benceno se debe agregar cada 100ml de azeótropo binario<br />

b- cuánto alcohol anhidro se obtendrá cada 100ml de azeótropo binario.<br />

4- Se destilan 100 g de una mezcla de dos líquidos miscibles A y B, de composición 50 %<br />

de A, empleando una columna de fraccionamiento ideal. Cuando comienza la destilación,<br />

40


Química Orgánica I - <strong>CIBEX</strong> 2012<br />

la temperatura permanece constante en 82 °C, hasta que se recogen 27 g de destilado;<br />

luego la T asciende bruscamente hasta 138 °C, donde permanece constante hasta finalizar<br />

la destilación. El punto de ebullición de A es 82 °C y el de B es 107 °C.<br />

a) Construya el diagrama de T vs XA<br />

b) ¿por qué se recoge destilado a una T de 138 °C?, ¿cuál es la composición de esa fracción?<br />

5- Discuta la validez de las siguientes afirmaciones:<br />

a) una mezcla de dos líquidos que cumple la ley de Raoult puede presentar dos fases líquidas en<br />

equilibrio<br />

b) Una solución ideal es aquella que no forma azeótropo<br />

c) La destilación simple es un método eficiente para separar una mezcla de metanol (p.eb.= 65 °C)<br />

y agua pues no forman azeótropo.<br />

d) Una mezcla de etanol (p.eb.= 78.5 °C) y agua, que forman azeótropo de punto de ebullición<br />

mínimo, se puede separar en sus componentes puros empleando una columna de fraccionamiento<br />

ideal.<br />

e) Dos líquidos de igual punto de ebullición normal nunca se pueden separar por destilación.<br />

41


Química Orgánica I - <strong>CIBEX</strong> 2012<br />

TP Nº 3: DESTILACIÓN FRACCIONADA<br />

IMPORTANTE: Antes de comenzar el TP, consultar en los catálogos las características (toxicidad,<br />

grado de inflamabilidad, etc) de los reactivos que utilizara en el desarrollo del mismo.<br />

En este experimento se separarán acetona (Pe = 56ºC) y etanol 95 % (Pe = 78ºC).<br />

Durante la separación se obtendrán 4 fracciones de diferentes rangos de punto de<br />

ebullición, las que contienen sucesivamente menos del componente de menor punto de<br />

ebullición (acetona) y más de etanol.<br />

A una velocidad adecuada de destilación, se recogerán las siguientes fracciones:<br />

(1) 30-54ºC; (2) 54-60ºC; (3) 60-75ºC; (4) 76-80ºC y quedará algún residuo en el balón.<br />

La pureza de las fracciones será determinada por refractometría, para lo que se utilizará un<br />

refractómetro de Abbe. Un método alternativo ( mucho más confiable) para determinar la pureza de las<br />

fracciones es la cromatografía gaseosa, técnica que desarrollaremos más adelante (el análisis cromatográfico<br />

de las fracciones queda supeditado a la disponibilidad de equipo).<br />

ATENCIÓN: La acetona es altamente inflamable y puede afectarle al respirarla y cuando<br />

pasa a través de su piel. Una exposición prolongada a sus vapores puede causar<br />

somnolencia y mareo.<br />

Hacer uso como siempre de la literatura disponible sobre aspectos de seguridad de las<br />

sustancias involucradas.<br />

Técnica<br />

a)- Armar el aparato como se muestra en la figura 2<br />

b)- Cargar en el balón la mezcla líquida a destilar, cuidando que el volumen no supere las<br />

2/3 partes del volumen del balón, (30 ml)<br />

c)- Colocar plato poroso<br />

d)- Comenzar el calentamiento de manera de obtener una buena relación de reflujo.<br />

Colectar no más de 10 gotas por minuto.<br />

e)- Colectar el destilado hasta que la temperatura se mantenga constante (fracción cabeza).<br />

Cambiar el colector y recoger la fracción que destile a una temperatura constante<br />

(fracción cuerpo 1). Cambiar el colector y recoger el destilado hasta que la temperatura<br />

se mantenga nuevamente constante (fracción intermedia). Cuando la temperatura se<br />

mantenga constante recoger esta fracción en otro colector (fracción cuerpo 2). Se<br />

anotarán las temperaturas o rangos de temperatura de cada fracción.<br />

f)- Suspender el calentamiento cuando el balón esté casi seco (no llevar a total sequedad).<br />

g)- Medir los volúmenes de cada fracción y construir un gráfico de temperatura vs<br />

volumen de destilado.<br />

h) Se determinará el índice de refracción de la fracción cuerpo de la acetona comparándose<br />

con el valor de literatura.<br />

Preguntas orientativas<br />

1- ¿Es posible realizar la purificación de un líquido por destilación simple?<br />

2- Explique el principio en que se basa la columna fraccionadora<br />

42


Química Orgánica I - <strong>CIBEX</strong> 2012<br />

3- ¿Por qué aísla la columna? ¿Cómo lo hace?<br />

4- ¿Cuál es la función del plato poroso y en qué momento debe agregarse?<br />

5- Explique cuál es la posición recomendada del bulbo del termómetro<br />

6- .¿Qué entiende por sobrecalentamiento? ¿Cómo lo evita?<br />

7- ¿Qué función cumple la bochita de CaCl2, cuando ésta se adiciona a la alargadera?<br />

8- ¿Cómo influye la velocidad de destilación en la eficiencia de la separación?<br />

9- Explique porqué 2 sustancias de punto de ebullición próximos no pueden separarse por<br />

destilación simple y si por fraccionada.<br />

10- Explique el principio de funcionamiento del Refractómetro de Abbe<br />

11- a) Se necesita purificar un líquido de alto Pe que se descompone antes de llegar al<br />

mismo. ¿Podría utilizarse una destilación por arrastre con vapor con este fin? Justifique.<br />

b) Luego de separar el agua por decantación, se agrega un agente desecante. ¿Qué<br />

importancia tiene este paso en relación al tratamiento posterior de la muestra?<br />

c) Si el agente desecante pertenece a la categoría de “reversible”, justifique por qué es<br />

necesario eliminarlo por filtración como paso previo a la purificación.<br />

12- ¿Por qué el Pe del destilado por arrastre con vapor tiene menor Pe que cada uno de los<br />

componentes del destilado?<br />

13- Un líquido orgánico comienza a descomponerse a 80ºC. Si a esa temperatura su<br />

presión de vapor es de 36 mmHg, ¿cómo podría destilarse ese líquido?<br />

14- Si la destilación a través de una columna se hace muy rápida, la misma se inunda (el<br />

líquido condensado asciende y se mantiene en la columna), ¿qué influencia puede tener<br />

este fenómeno sobre la eficacia del fraccionamiento?<br />

15- Explique por qué el hecho de trabajar con una relación de reflujo elevada mejora la<br />

eficacia de una destilación a través de una columna<br />

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Química Orgánica I - <strong>CIBEX</strong> 2012<br />

TP Nº 4: DESTILACIÓN POR ARRASTRE CON<br />

VAPOR DE AGUA<br />

OBJETIVO: AISLAMIENTO DE EUGENOL A PARTIR DE CLAVO DE OLOR<br />

INTRODUCCIÓN:<br />

El aceite esencial del clavo de olor de la especie Eugenia cartophyllata está formado<br />

casi exclusivamente por eugenol (p.eb.= 255ºC). Fenoles del tipo del eugenol (palilfenoles)<br />

o del isoeugenol (p-propenilfenoles) son muy abundantes en la naturaleza; la<br />

esencia de pimienta de Jamaica tiene hasta un 80 % de eugenol.<br />

Es utilizado en odontología por sus propiedades anestésicas y antisépticas, también<br />

como material de partida en la preparación de esencia de vainilla. La producción anual<br />

mundial es de 400 toneladas y el método industrial de aislamiento empleado es el arrastre<br />

con vapor.<br />

El porcentaje de eugenol a partir de los clavos de olor secos varía entre 10-17 %<br />

según el estado de conservación de los mismos, pues el fenol se pierde lentamente por<br />

oxidación y/o volatilización.<br />

EUGENOL<br />

Isoeugenol Vainillin<br />

PARTE EXPERIMENTAL:<br />

a) Armar un equipo de destilación simple<br />

b) Colocar 2 g de clavo de olor y unos trocitos de plato poroso dentro de un balón de<br />

125 ml.<br />

c) Agregar agua al balón hasta las ¾ partes del mismo.<br />

44


Química Orgánica I - <strong>CIBEX</strong> 2012<br />

d) Calentar con mechero y tela metálica.<br />

e) Destilar hasta que no se observe más pasaje de gotas oleosas o hasta casi sequedad<br />

del balón, recolectando el destilado en una probeta. Se puede determinar en qué<br />

momento se debe suspender la destilación realizando pruebas de gotas de destilado<br />

sobre un tubo conteniendo agua.<br />

f) Trasvasar el contenido del colector a una ampolla de decantación y extraer con 2<br />

porciones de 30 ml de diclorometano, separando las fases orgánicas y juntándolas en<br />

un erlenmeyer limpio y seco.<br />

g) Secar los extractos reunidos con el desecante provisto por la cátedra.<br />

h) Filtrar el desecante en un balón grande en común para todos los grupos.<br />

i) Se procederá a evaporar el solvente en rotavapor.<br />

El líquido que quedará como residuo estará constituído en su mayor parte por eugenol.<br />

PREGUNTAS ORIENTATIVAS<br />

1) ¿A qué tipo de sustancias puede aplicarse la destilación por arrastre con vapor de<br />

agua como método de AISLAMIENTO?<br />

2) ¿Por qué el punto de ebullición del destilado por arrastre con vapor de agua tiene<br />

menor punto de ebullición que cada uno de los componentes del destilado?<br />

3) ¿Para qué procesos se puede emplear una destilación por arrastre con vapor de<br />

agua?<br />

4) ¿Por qué es necesario secar el destilado?, ¿Cómo lo hace?<br />

5) Si el agente desecante pertenece a la categoría de reversible, justifique por qué es<br />

necesario eliminarlo como paso previo a la purificación.<br />

BIBLIOGRAFÍA<br />

VOGEL, Practical Organic Chemistry<br />

BREWSTER-VANDERWERF, Mc EWEN, Curso Práctico de Química Orgánica<br />

GALAGOVSKY-KURMAN, Fundamentos teórico-prácticos del Laboratorio.<br />

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Química Orgánica I - <strong>CIBEX</strong> 2012<br />

TP Nº 5: SÍNTESIS DE CLORURO DE TERT-BUTILO<br />

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PROCEDIMIENTO<br />

Química Orgánica I - <strong>CIBEX</strong> 2012<br />

En un erlenmeyer de 100 ml se colocan 30 ml de ácido clorhídrico concentrado y se enfría<br />

exteriormente con baño de hielo hasta que la temperatura interior sea de 5ºC. El ácido frío<br />

se añade a una ampolla de decantación de 100 ml que contiene 10 ml de ter-butanol<br />

(MEDIDO CON PIPETA) en forma lenta y ayudado por un embudo (ver figura). Se<br />

mueve la ampolla sin taparla dando al líquido un movimiento de rotación con el objeto de<br />

mezclar las capas. Se tapa la ampolla y se agita vigorosamente durante 5 minutos liberando<br />

la sobrepresión que se genera de tanto en tanto (cuidado al abrir el robinete!!). Luego se<br />

agita de vez en cuando durante 15 minutos. Se deja en reposo hasta que las dos fases se<br />

separen nítidamente. Se separa la fase acuosa inferior y se descarta en una botella provista<br />

para tal fin. El cloruro de ter-butilo que queda en la ampolla se lava con 10 ml de agua,<br />

luego con 10 ml de solución saturada de NaHCO3 (cuidado con el CO2 que se genera!!!)<br />

hasta neutralidad y luego 10 ml de agua. El cloruro de terbutilo se transfiere a un<br />

erlenmeyer y se seca con desecante apropiado por 10 minutos. Se filtra a un balón de 25 ml<br />

y se destila utilizando una columna corta recogiéndose la fracción que destile<br />

aproximadamente entre 49-52ºC en un balón o erlenmeyer tarado. Pesar el producto<br />

obtenido y calcular el rendimiento de la reacción.<br />

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CUESTIONES<br />

figura<br />

Química Orgánica I - <strong>CIBEX</strong> 2012<br />

1) ¿Por qué se debe agregar el ácido frío?<br />

2) ¿Por qué lava el producto primero con agua, luego con solución saturada de NaHCO3 y<br />

luego nuevamente con agua?<br />

3) ¿Por qué se seca el producto? ¿Qué desecantes podría usar?<br />

4) ¿Qué cuidados debe tener con el manejo de la ampolla tanto al principio como en los<br />

lavados?<br />

5) Identifique las etapas de síntesis, aislamiento y purificación del cloruro de ter-butilo.<br />

6) ¿Cuáles serían los posibles productos secundarios?<br />

7) ¿Cómo podría estimar la pureza del producto obtenido?<br />

8) Si se parten de 35 ml de alcohol terbutílico puros, ¿cuál será el rendimiento de la<br />

reacción si se obtienen también 35 ml de cloruro de terbutilo puros?<br />

BIBLIOGRAFÍA<br />

BREWSTER-VANDERWERF, Mc EWEN, Curso Práctico de Química Orgánica<br />

VOGEL, Practical Organic Chemistry<br />

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