folleto lab biorganica 3.0
DESCRIPTION
guía laboratorioTRANSCRIPT
1
Autores:
MSc. Marco Calvo Pineda
Licda. Francis Carballo Arce
Lic. Luis Roberto Villegas
MSc. Xinia Vargas González
MSc. Henry Borbón Alpízar
Licda. Ilena Vega Guzmán
B.Q. Carmen Mora Aparicio
B.Q. José Ángel Rodríguez
Química Biorgánica
Cátedra de Química Orgánica y Bioquímica
2013
2
Índice de Contenidos Índice de Contenidos .................................................................................................................................... 2
Introducción .................................................................................................................................................. 4
¿Qué es la química orgánica? ....................................................................................................................... 4
Química Verde .......................................................................................................................................... 8
Normas de trabajo en los laboratorios de Química Orgánica .................................................................. 8
1. Seguridad en el Laboratorio ................................................................................................................ 11
2. Recristalización ................................................................................................................................... 33
Parte Experimental ................................................................................................................................. 41
3. Punto de Fusión .................................................................................................................................. 46
Parte Experimental ................................................................................................................................. 48
4. Extracción y cromatografía de los componentes activos (acetaminofen, cafeína y aspirina) de un
fármaco. ...................................................................................................................................................... 50
Parte Experimental ................................................................................................................................. 58
5. Determinación de Punto de Ebullición ............................................................................................... 66
Parte Experimental ................................................................................................................................. 67
6. Destilación de un vino (determinación del grado de alcohol) ............................................................ 69
Parte experimental ................................................................................................................................. 75
7. Propiedades de los alcoholes .............................................................................................................. 79
Parte experimental ................................................................................................................................. 84
8. Esterificación: síntesis del acetato de n-amilo .................................................................................... 90
Parte experimental ................................................................................................................................. 95
9. Sustitución electrofílica aromática ................................................................................................... 100
Parte Experimental ............................................................................................................................... 103
10. La Leche y su química .................................................................................................................... 107
3
Parte experimental ................................................................................................................................... 112
11. Análisis Cualitativo de Carbohidratos ........................................................................................... 116
Parte experimental ............................................................................................................................... 118
4
Introducción ¿Qué es la química orgánica?
La química orgánica es la parte de la química que estudia los compuestos del carbono. El origen del término
Química Orgánica fue propuesto por Jöns Jacob Freiherr von Berzelius1 en el año de 1807, para referirse a todos los
compuestos descubiertos a partir de organismos vivos, tanto animales como vegetales. La Química Orgánica es la
química de de los seres vivos. Estudia las propiedades, reacciones y compuestos de carbono.
El carbono es único, ya que entre todos los elementos, este puede formar
cadenas estables. Estas cadenas pueden tener hasta millones de átomos de
carbono enlazados unos con otros. Esta propiedad le da una gran
versatilidad y hoy se conocen más de 18 millones de compuestos orgánicos.
Estos compuestos pueden ser tan variados como plásticos, detergentes,
fibras sintéticas, DNA, proteínas, refrigerantes y combustibles. El estudio de
estos compuestos comprende varias etapas, dentro de las cuales las más
importantes son:
*Estructura: que involucra técnicas de elucidación estructural, tales como:
espectroscopia, espectros de masas, difracción de rayos X.
* Reactividad: lo cual analiza los mecanismos de reacción de los diversos
grupos que se estudian en la química orgánica.
*Actividad biológica: son una serie de ensayos que incluyen modalidades “in vivo” 2e “in vitro”
3, que permiten conocer
las aplicaciones que puede tener un compuesto químico (biocida4, farmacológico, etc) y además las implicaciones
para la salud humana y de otros seres vivos.
*Síntesis: es el conjunto de procedimientos químicos adecuados para la preparación de compuestos orgánicos más
complejos a partir de materias primas simples.
Este conjunto de etapas permite llegar al descubrimiento de nuevas sustancias y a la comprensión de las actividades
que puede tener un compuesto y además analizar el riesgo que implica el mismo para la vida en el planeta.
1 Tomado de:
http://www.chemgapedia.de/vsengine/popup/vsc/de/biography/b/be/berzelius_00045joens_00045jacob_00045freiherr_00045von_000451779_0004508_0004520.bio.html (accesado enero 2009 2 In vivo: ensayo biológico que se realiza directamente en un organismo vivo
3 In vitro: ensayos químicos o bioquímicos que se realizan a nivel de tubo de ensayo
4 Biocida: sustancia química que tiene la capacidad de provocar la muerte de organismos vivos.
Jöns Jacob Freiherr von Berzelius
Berzelius
5
La química orgánica es muy importante ya que más del 95% de las sustancias químicas conocidas son compuestos
del carbono y todos los compuestos responsables de la vida (ácidos nucleícos, proteínas, enzimas, hormonas,
azúcares, lípidos, vitaminas, etc.) son sustancias orgánicas.
Fig. 1 Fragmento de cadena de nucleótidos, que forman una de las cadenas de ADN
(Tomado de : http://www.secundaria.us.es/josromrom/an/3_adn.htm (accesado, setiembre 2007)
6
Hasta el momento se han caracterizado alrededor de diez millones de compuestos orgánicos5, los cuales se
encuentran dentro de:
• Los alimentos que consumimos (constituidos de carbohidratos, lípidos, proteínas y vitaminas)
• La piel de los animales y las plumas de las aves
• Los plásticos
• Las fibras sintéticas y naturales
• Los colorantes
• Las drogas
• Los insecticidas
• Los herbicidas
• Los ingredientes en perfumes y agentes saborizantes
• Los productos del petróleo.
Todos los que no se encuentran en fuentes naturales son estudiados, analizados y sintetizados con la ayuda de los
principios básicos de esta rama de la Química.
Lo que hoy entendemos por el término química orgánica no se comprendía como tal hace simplemente un poco más
de cien años. Los hitos más importantes en la forja de esta disciplina, son los siguientes:
Cuadro 1: Resumen cronológico del desarrollo de la Química Orgánica
Año Evento
Finales del siglo XVIII El enigma de la Química orgánica: La fuerza vital6
Se observa que los compuestos orgánicos están formados por
un número muy limitado de elementos.
Principios del S. XIX Aparecen las bases del ordenamiento estructural
Se establece la ley de las proporciones múltiples
5 Según lo reportado por el Chemical Abstracts, una publicación que compendia y clasifica la Bibliografía Química
escrita en la mayor parte del mundo
6 Teoría de la fuerza vital: Fue postulada por Berzelius establecía que estos compuestos sólo se podrían preparar a través de la operación de una Fuerza Vital inherente en una célula viva.
7
Años 1820 Se logra la síntesis de la urea, se tiende el puente entre química
inorgánica y química orgánica
Se da el descubrimiento de la isomería
Años 1830-1840 Se establecen los radicales orgánicos como un principio de
ordenamiento
Orden entre los radicales orgánicos: la sustitución.
Definición de radicales derivados.
1840-1850 Ordenación por tipos de compuestos.
La unificación de radicales y tipos.
1850 Estructura interna de los radicales: la tetravalencia del carbono y
su capacidad para formar cadenas.
1860 Primeras formulaciones modernas
1870 Estructura tetraédrica del carbono: isomería óptica
1880 Estructura hexagonal del benceno
1930-1940 Planteamiento de la Teoría de la Resonancia.
Desarrollo de la Espectroscopia de rayos X.
Desarrollo de la Espectrometría de masas.
1950 Análisis conformacional: estereoquímica del ciclohexano.
Descubrimiento de la Resonancia Magnética Nuclear.
Este resumen se ha extraído en parte del libro From Vital Force to Structural Formulas
O. Theodor Benfey, ACS, 1975.
8
Este libro de prácticas de laboratorio tiene como objetivo introducir al estudiante en las técnicas y conceptos básicos
de laboratorio, desde el punto de vista de la química orgánica y demostrar al estudiante que la química orgánica es
de gran importancia para el mundo moderno y que ha jugado a lo largo de la historia de la humanidad un papel
determinante en el desarrollo del estilo de vida del mismo. Con el descubrimiento y síntesis de materiales que
facilitan la vida del hombre y además productos farmacéuticos que han venido a contribuir con el mejoramiento de la
calidad de vida del hombre.
Química Verde
La química verde cada vez toma mayor importancia en los procesos de docencia, industriales y de investigación en
química. Los principios de Química verde enfatizan en la reducción de posibles daños a la salud humana y al
ambiente. Muchos de los experimentos desarrollados en los cursos de laboratorio no son “verdes”. Algunos utilizan
materiales tóxicos, otros generan exceso de desechos, y otros utilizan cantidades innecesarias de recursos
naturales. En este sentido conviene indicar, que la cátedra de Química Orgánica, está realizando un esfuerzo
importante por armonizar, las prácticas de laboratorio que se realizan en la Escuela, con una propuesta acorde con
los principios de química verde, que enfatizan en la reducción o eliminación de sustancias que causan daños a la
salud humana y al ambiente. De esta manera, se optó por minimizar la cantidad de reactivos utilizados, mejorar las
prácticas existentes, cambiando algunos de sus apartados o bien sustitución de prácticas, por propuestas de
laboratorio más amigables.
Normas de trabajo en los laboratorios de Química Orgánica
“Su seguridad y la seguridad de aquellos que le rodean, depende
de su comprensión acerca de los peligros potenciales asociados al
trabajo en el laboratorio”
9
Tomado de: http://nobel.scas.bcit.ca/debeck_pt/science/safety.htm (accesado enero 2009)
En todo laboratorio de docencia, de síntesis o de investigación, existen riesgos potenciales. Los accidentes pueden
originarse por negligencia en la prevención, por descuido durante el proceso o por circunstancias fuera de control.
Para prevenir y/o actuar después de un accidente es necesario seguir ciertas normas de seguridad, la mayoría de
las cuales aparecen a continuación.
1. Memorizar la localización de los extintores y otros equipos o mecanismos para atención de emergencias, además
conocer el manejo y usos de estos.
2. Usar siempre gafas de laboratorio para la protección de los ojos cuando se esté
trabajando en un laboratorio. Los lentes de prescripción médica no proporcionan la
protección necesaria, debe emplear los lentes de seguridad sobre estos o en su lugar, si
es posible. Nunca use lentes de contacto sin las gafas de protección.
3. Muchos reactivos son tóxicos, otros son corrosivos como las soluciones concentradas
de ácidos o de bases fuertes. En caso de contacto con la piel, quite el exceso de la
sustancia en la piel y enjuague inmediatamente el área afectada con abundante agua. Si
estas sustancias se derraman sobre la ropa, quítese inmediatamente la prenda y use la
ducha del laboratorio.
4. Es de uso obligatorio la gabacha, la cual debe ser amplia, de tela gruesa, de manga larga y de puños ceñidos.
Usar siempre zapatos apropiados (cerrados). Nunca usar sandalias.
5. No consumir alimentos en el laboratorio, no utilizar la cristalería del laboratorio
para la ingesta de alimentos, no fumar.
6. Tener cuidado al manipular recipientes de vidrio calientes, éste tiene el mismo
aspecto que el vidrio frío.
7. No oler los vapores que provienen de recipientes que contienen sustancias
volátiles. Cuando se requiera hacerlo, traer los vapores con las manos para
percibir el olor.
8. Nunca trabajar solo en el laboratorio. Mantenerse siempre acompañado, al menos de otra persona.
9. Cuando se emplean o se producen gases tóxicos o corrosivos en un proceso, este debe llevarse a cabo bajo una
campana de extracción de gases o capilla.
10
10. Nunca pipetear haciendo succión con la boca. Emplear peras de succión o cualquier otro instrumento apropiado.
11. No calentar líquidos en tubos de ensayo con la boca de los mismos orientada hacia alguna persona.
12. No agregar agua directa y rápidamente a una solución ácida o básica concentrada. Cuando fuere necesario
hacer diluciones, llevar a cabo la operación agregando la sustancia corrosiva al agua (no al contrario) a través de las
paredes interiores del recipiente que lo contiene y con buena agitación.
13. No tirar los desechos (productos de las reacciones, reactivos sobrantes) en las pilas. Consultar con el profesor o
con el técnico de la ventanilla sobre el procedimiento a seguir.
14. No intentar forzar la introducción de un tubo de vidrio dentro del hueco de un tapón. Cuando se realiza esta
operación, previamente debe humedecerse el agujero del tapón con agua jabonosa y las manos deben protegerse
con una tela gruesa. Las superficies de vidrio recién cortadas deben pulirse al fuego, y si se deben partir tubos
hacerlo con ayuda de un paño y siempre empleando los lentes de seguridad.
15. Los reactivos deben permanecer en su sitio original, no sobre las mesas de trabajo. En la etiqueta se encuentran
clasificados de acuerdo con el grado peligrosidad.
16. Cuando trabajan varias personas simultáneamente, las puertas de acceso al laboratorio deben permanecer
completamente abiertas. Trabajar siempre con el cabello corto o recogido, sin collares, aretes largos ni pulseras. No
realizar experimentos que no han sido previamente autorizados.
17. Las mesas de laboratorio y los sitios donde se encuentren los equipos
deben permanecer limpios y aseados. No deben de permanecer sobre la
mesa de trabajo los bultos o ningún material como libros o cuadernos, a
excepción de la bitácora de trabajo. No se debe jugar en el laboratorio o
correr, los pasillos deben permanecer despejados.
18. En caso de incendio trate de mantener la calma. El fuego localizado puede intentar dominarse inicialmente con
un trapo húmedo o con el extintor apropiado. Cuando está envuelto en fuego, ducharse rápido y completamente.
19. Cualquier accidente debe reportarse a la autoridad competente inmediatamente después de ocurrido.
20. Llevar siempre un paño para poder utilizarlo para la limpieza de la mesa y un encendedor. Si ocurre un derrame
sobre la mesa de trabajo o de reactivos asegúrese de recogerlos de la manera adecuada, solo usted sabe la
naturaleza del derrame.Nota: Todas las imágenes empleadas para ilustrar las reglas de seguridad en el laboratorio
fueron tomadas de: http://nobel.scas.bcit.ca/debeck_pt/science/safety.htm (accesado, enero 2009) y del sitio
http://www.uq.edu.au/_School_Science_Lessons/1.13.GIF (accesado, enero 2009)
11
1. Seguridad en el Laboratorio
Objetivos
1. Conocer las mínimas normas de seguridad para el trabajo en el
laboratorio.
2. Dar al estudiante las indicaciones necesarias para que sepa cómo
proceder en caso de un accidente.
3. Hacer conciencia en el estudiante de la importancia en el cumplimiento
de estas reglas.
4. Introducir al estudiante en el uso y reconocimiento de sistemas internacionales de seguridad.
Marco teórico
Se considera de suma importancia la inclusión de una serie de normas de seguridad antes de iniciar las prácticas de
laboratorio. Los experimentos, en muchas ocasiones han sido realizados sin ninguna sistematización clara de los
peligros inherentes a cada uno de ellos, quedando los estudiantes y los profesores expuestos a accidentes, que en
la mayoría de los casos pueden ser evitados si se establecen reglas precisas del comportamiento para cada
situación.
LA INTRODUCCIÓN DE NORMAS DE SEGURIDAD, PARTE DEL PRINCIPIO DE QUE SE PUEDEN
RECONOCER LAS CAUSAS POSIBLES DE PELIGRO EN EL TRABAJO DE LABORATORIO, Y
CONSECUENTEMENTE SER ELIMINADAS
El conocimiento del peligro, es la mejor arma para combatir un comportamiento vacilante y temeroso.
Profesores y estudiantes tienen por lo tanto, la obligación de seguir correctamente las normas de seguridad general,
y las del experimento a realizar. Además, el estudiante, debe anotar en su pre-reporte las instrucciones a seguir al
respecto, estando el profesor en la obligación antes de cada laboratorio, de señalar todas las causas de peligro del
trabajo a realizar. Sin estos requisitos no se podrá realizar el laboratorio.
Las siguientes condiciones son las que un laboratorio de química, debe tener para cumplir con las normas mínimas
de seguridad.
- Varias salidas de emergencia
- Pasillos amplios y sin obstáculos
12
- Suficiente ventilación y claridad
- Equipo de seguridad: extintores con hielo seco y polvo químico, ducha, manta de asbestos, arena,
extractor y capilla para gases, así como, un botiquín para primeros auxilios.
1.1. REGLAS GENERALES DE PREVENCIÓN:
1.1.1. Se prohíbe comer o fumar en el laboratorio
1.1.2 Se debe poseer en la gaveta, materiales de limpieza: jabón, cepillo, toalla, etc.
1.1.3. Los restos de sólidos tales como, productos químicos, papel de filtro, trozos de vidrio, etc., se deben
depositar en recipientes destinados para ello (frascos, basureros, etc.)
1.1.4. Los derrames de líquidos o sólidos, deben limpiarse inmediatamente.
1.1.5. Los experimentos que involucran la formación o empleo de sustancias desagradables, corrosivas o
venenosas, por ejemplo, amoníaco, cloruro de hidrógeno, gases nitrogenados, cloro, disulfuro de carbono,
etc., deben realizarse en la capilla de extracción de gases.
1.1.6. Es obligatorio el uso permanente de anteojos de seguridad.
1.1.7. No se deben acercar llamas a los disolventes inflamables
1.1.8. No deben permanecer botellas con disolventes en la mesa de trabajo
1.1.9. Nunca deben mantenerse extintores vacíos.
1.1.10. Quemadores (mecheros), y calentadores con resistencias sin protección, no se deben apoyar sobre
madera.
1.1.11. Las llaves generales de gas, cuando éste no se utilice, deben permanecer cerradas.
1.1.12. Se debe desconectar de la red general todo aparato eléctrico una vez que se termine el trabajo.
1.1.13. Sobre la mesa de trabajo no deben permanecer abrigos, libros u otros objetos ajenos a la actividad
que se realiza.
1.1.14. Todo recipiente que contenga alguna sustancia, debe poseer su etiqueta indicando claramente el
nombre o la fórmula de la sustancia, la fecha de preparación y el nombre de la persona que lo
preparó.
1.1.15. El transporte de cilindros debe, realizarse en carros especiales y sujetados firmemente. Deben
almacenarse y utilizarse en posición vertical y sujetos a algún soporte.
13
1.1.16. Los cilindros, deben protegerse del calor y bajas temperaturas.
1.1.17. Se debe consultar al profesor sobre posibles riesgos cuando se trabaja con una sustancia
desconocida.
1.1.18. Todo aparato eléctrico, debe poseer su cable a tierra.
1.1.19. Los aparatos de vidrio deben montarse firmemente.
1.1.20. No deben utilizarse accesorios de vidrio rotos.
1.1.21. Para introducir un termómetro o un vidrio en un tapón, debe untarse con un lubricante y protegerse
las manos con una tela. Un lubricante muy utilizado es la glicerina o glicerol.
1.2. SUSTANCIAS
1.2.1. Inflamables
La causa principal de incendios en el laboratorio es la inflamación de líquidos y gases.
Según su solubilidad en agua los líquidos inflamables se dividen en
Clase A: insolubles o parcialmente solubles en agua
Clase B: solubles en agua en cualquier proporción.
Una subdivisión se hace según su punto de inflamación
AI o BI - punto de inflamación menor de 21° C
AII o BII - punto de inflamación entre 21 y 55° C
AIII o BIII - punto de inflamación entre 55 y 110° C
Por ejemplo, en el cuadro 1.1., se observa que el éter etílico es uno de los disolventes más peligrosos. Tiene bajo
punto de ebullición (35° C), rápida evaporación, bajo punto de inflamación (*) e ignición (*) y un gran intervalo de
explosión. Además, posee la tendencia a formar peróxidos que son altamente explosivos.
Como consecuencia de lo anterior, el éter etílico debe almacenarse en preferencia en botellas de color ámbar y fuera
de la luz; en recipientes de metal o de vidrio de gran grosor, no mayores de ½ L. No deben sujetarse frascos con
líquidos inflamables por el cuello sino por el fondo.
14
CUADRO 1.1. Constantes físicas, clase y límites de explosión de gases y líquidos.
Sustancia p. f.
(° C)
p. e.
(° C)
P. I.
(° C)
T. I.
(° C)
Clase Límites de explosión (%
volumen)
Inf. Sup.
acetato de etilo -83 77 -4 440 AI 2.1 11.5
acetona -95 56 -19 540 BI 2.1 13
ácido acético 16.6 118 34 470 BII 4 17
hexano 68.7 -26 261 AI 1.2 7.4
(*) Mezcla de hidrocarburos
p. f. = punto de fusión p. e. = punto de ebullición
P. I. = punto de inflamación T. I. = temperatura de ignición
Un líquido que se derrama se debe eliminar según sus características. Los que son solubles en agua, deben diluirse
con ella; lo no solubles en agua, generalmente se recogen con un trapo o una esponja. En ambos casos, debe
ventilarse bien el local.
1.2.2. Toxicidad
Los disolventes se dividen según el grado de peligro para la salud en:
Grupo I: (Altamente tóxicos) Por ejemplo, benceno, disulfuro de carbono, tetracloroetano, dicloroetano,
tetracloruro de carbono, tricloroetileno, dioxano y metanol.
Grupo II: (Medianamente tóxicos) Por ejemplo, diclorobenceno, tolueno, ciclohexanona,
metilciclohexanona, y acetato de metilo.
Grupo III: (Poco o no tóxicos) El resto de disolventes.
15
1.2.3. Extinción de incendios
La extinción de un incendio depende de la naturaleza del mismo. En la cuadro 1.2., se comparan los poderes de
extinción del agua y del dióxido de carbono. En la mayoría de los casos el dióxido de carbono es más efectivo.
CUADRO 1.2. Poder de extinción del agua (H2O) y del dióxido de carbono (CO2) sobre diferentes
disolventes (0= ningún efecto; 2= excelente poder de extinción)
Disolvente Poder de extinción Disolvente Poder de extinción
H2O CO2 H2O CO2
Etanol 1 2 Éter etílico 0 1
Acetona 1 1 Benceno 0 2
Tipos de extintores:
Se clasifican: A,B,C,D. Es importante utilizarlo correctamente y el tiempo de vaciado de un extintor de incendio es de
segundos, antes de usarlo deberá planificar muy bien donde y como lo utilizará. Hay distintos tipo de extintores, no
todos sirven para todos los fuegos.
Extintores Tipo “A”:
Son extintores que contienen agua presurizada, espuma o químico seco, combaten fuegos que contienen materiales
orgánicos sólidos y forman brasas. Como la madera, papel, plásticos, tejidos, etc. Actúa por enfriamiento del material
y remojando el material para evitar que vuelva a encenderse.
Extintores Tipo “B”:
Son extintores que contienen espuma, dióxido de Carbono, los de uso múltiple de químico secos común y de halón;
y se utilizan en los incendios provocados por líquidos y sólidos fácilmente inflamables: aguarrás, alcohol, grasa, cera,
gasolina, etc. Impiden la reacción química en cadena.
16
Extintores Tipo “C”:
Son los de gas carbónico o dióxido de carbono, el químico seco común, los extintores de fuego de halón y de
químico seco de uso múltiple; son los recomendados para incendios provocados por equipos electrices. Como los
electrodomésticos, interruptores, cajas de fusibles y herramientas eléctricas. Los de Dióxido de Carbono hay que
usarlos con poca presión, por que con mucha potencia pueden esparcir el fuego. Impiden la conducción de la
corriente eléctrica. IMPORTANTE: NUNCA UTILIZAR EXTINTORES DE AGUA PARA COMBATIR FUEGOS
GENERADOS POR EQUIPOS ENERGIZADOS.
Extintores Tipo “D”:
Son de polvo seco especial para ser utilizados en incendios que intervienen metales que arden a mucha temperatura
y necesitan mucho oxigeno para su combustión y que con el agua o químicos reaccionan violentamente. Enfrían el
material por debajo de su temperatura de combustión.
¿Cómo se utiliza un extintor?
1º) Se debe descargar el extintor hacia la base de la llama, aun apagado vaciar el extintor hasta
asegurar que se ha apagado totalmente y no hay peligro que se vuelva a encender.
2º) Para que un extintor sea efectivo debe utilizarse correctamente. Aun que el momento es muy
complicado, se debe pensar antes de actuar, tendrá solo unos segundos y el atropello solo le servirá
para vaciar el extintor y no solucionar el problema.
3º) Apuntando la abertura de salida del extintor hacia la llama apriete el gatillo manteniendo el extintor en
posición vertical.
4º) Mueva la salida del extintor de izquierda a derecha abarcando toda el área del fuego.
5º) No combata un incendio de espalda al fuego, siempre tiene que tener a la vista la zona de fuego,
puede encontrarse atrapado.
6º) En el caso que esto no fuera suficiente, abandone inmediatamente el lugar donde se encuentra el
fuego y llame a los bomberos. No arriesgue su vida.
Cuadro 1.3. Resumen de los tipos de extintores y sus usos
17
1.3. ÁCIDOS Y BASES
Los ácidos y las bases (o álcalis) actúan fuertemente sobre la materia orgánica e inorgánica, cada uno según sus
propiedades y concentración.
Se deben almacenar en recipientes especiales, por ejemplo, los álcalis en botellas de polietileno.
Algunas de sus características se resumen a continuación
- H2SO4 y H2SO4-SO3: higroscópicos, oxidantes y sulfonantes
- HNO3: oxidante y agente de nitración, reacciona explosivamente con alcohol
- HCl y NH3: producen fuertes irritaciones en el aparato respiratorio
- HClO4: reacciona explosivamente con sustancias orgánicas
Por estos motivos hay que tener gran cuidado al trabajar con ácidos y álcalis concentrados. Para eliminarlos de la
piel o de la ropa se usa agua en abundancia
1.4. CILINDROS CON GAS Y APARATOS O EQUIPOS AL VACÍO
Los cilindros, contienen los gases más importantes en el estado gaseoso (H2, O2, N2, CO) o licuado (CO2, SO2, NH3,
Cl2, C2H2). En el primer caso las presiones internas son muy altas, llegando hasta 200 atm., para los licuados la
presión interna corresponde a la presión de vapor.
18
Los cilindros de CO2, exigen cuidados especiales, dado que la temperatura crítica del dióxido de carbono es
de 31.5° C. Sobre esta temperatura la presión en el cilindro aumenta fuertemente. Las temperaturas críticas del
cloro, dióxido de azufre, amoníaco y acetileno son 143.5° C, 157° C, 132.4° C y 35.9° C respectivamente.
En el cuadro 1.4, se resumen algunas propiedades de los cilindros de diferentes compuestos.
Para evitar equivocaciones, el cilindro tiene un color característico. Los gases inflamables tienen rosca al revés
(izquierda)
CUADRO 1.4: Cilindros, sus especificaciones y características especiales
Gas Color
característico
Rosca Observaciones
O2 azul derecha No engrasar válvulas por peligro de explosión
N2 verde derecha
H2 rojo izquierda
CO2 gris Derecha
NH3 gris derecha Altamente irritante, trabajar en la capilla
Figura 1.2. Código de colores empleado para identificar el contenido de los cilindros de gas. Tomado de:
http://www.paritarios.cl/especial_contenido_cilindros.htm (accesado enero 2009)
19
1.5 MEDIDAS DE PRIMEROS AUXILIOS
En los accidentes más serios, la víctima debe recibir primeros auxilios e inmediatamente ser traslada a un Centro de
Médico. Pequeños accidentes que no necesitan de médico deben ser reportados al profesor.
Con base en la naturaleza del accidente, se dan a continuación algunas medidas de primeros auxilios.
1.5.1. Quemaduras de la piel
1.6.1.1. Por ácidos o álcalis:
Lavar la piel inmediatamente con mucha agua fría (absorber el H2SO4 previamente con algodón), vestimentas
empapadas deben ser removidas inmediatamente. Dirigirse al médico.
1.5.1.2. Por fósforo blanco:
Lavar la región con disolución de CuSO4 al 1%. Dirigirse al médico
1.5.1.3. Por bromo:
Absorber primeramente el bromo con algodón o tela, lavar con mucha agua (no utilizar disolventes orgánicos).
Dirigirse al médico
1.5.2. Lesión de los ojos
1.5.2.1. Por ácidos y álcalis
Acostar a la persona de espaldas, lavar con mucha agua (evitar que el agua impida la respiración). Eventualmente
abrir con fuerza los ojos para lavarlos. Dirigirse al médico.
1.5.2.2. Por pedazos de vidrio
Evitar el movimiento de los ojos. La víctima debe ser traslada inmediatamente al médico.
1.5.3. Quemaduras internas y envenenamientos
1.5.3.1. Por ácidos:
Ingerir un neutralizante suave (por ejemplo, suspensión de MgO), no ingerir vomitivos o carbonato. Eventualmente
tomar leche. Dirigirse al médico.
1.5.3.2. Por álcalis:
Tomar ácido acético diluido al 1% o jugo de limón, también diluido. No utilizar vomitivo de ninguna especie. Dirigirse
al médico.
20
1.6.3.3. Por cloro, bromo, HCl
Acostar la persona al aire fresco, eventualmente administrarle oxígeno, solamente en casos más agudos utilizar la
respiración artificial. Evitar vapor de alcohol. Llamar al médico.
1.5.3.4. Por H2S, PH3, AsH3, CO, COCl2:
Acostar la persona al aire fresco, llamar inmediatamente al médico. Si es necesario administrarle oxígeno. Sólo en
casos más extremos utilizar respiración artificial. No dar respiración boca a boca (peligro de envenenamiento).
1.5.3.5. Por HCN:
Igual que en el caso anterior; también se puede hacer que la persona respire nitrito de iso-amilo 5-6 veces durante
10 segundos cada vez.
1.5.3.6. Por cianuros:
Igual que en caso anterior. Administrar rápidamente a la persona afectada disolución saturada de NaCl (una
cucharadita en un vaso de agua) como vomitivo. Si esta consciente, se debe dar a tomar una disolución de 2 g de
tiosulfato de sodio (Na2S2O3) y 0.5 g de NaNO2 en 50 mL de H2O.
1.5.3.7. Compuestos de arsénico
Provocar vómito (disolución saturada de NaCl, disolución de CuSO4 al 1%, etc.) o anular químicamente el veneno
ingiriendo suspensión de MgO o Fe(OH)3 recientemente precipitado. Dirigirse al médico.
1.5.3.8. Otros compuestos
Provocar vómitos, ingerir leche, clara de huevo o crema de avena. Dirigirse al médico.
1.5.4. Heridas por corte
Lavarla con agua del tubo. Luego con agua oxigenada. Cubrir con gasa o venda la herida libre de cuerpos extraños.
Si el corte es grande, dirigirse al médico tanto para limpiar la herida como para curarla.
1.5.5. Personas que se queman
Evitar el pánico, utilizar la ducha o manta de asbesto. Si es necesario hacer rodar a la persona en el suelo. En caso
de herida cubrir la zona afectada con gasa estéril. Dirigirse inmediatamente al médico.
1.5.6. Pérdida de conciencia
Acostar la persona en un lugar tranquilo. Si su rostro está rojo, acostarla con la cabeza levantada; si está pálida,
acostarla con la cabeza hacia abajo. Mojar la frente y el tórax con agua fría. Eventualmente hacerle oler alcanfor,
mentol, amoníaco, etc.
21
1.5.7. Corriente eléctrica
Interrumpir el circuito eléctrico, el socorrista debe estar aislado (sobre madera seca, vidrio, etc.). Aplicar respiración
artificial, intentar reavivar la persona. Buscar al médico
1.5.8. Hemorragia arterial
Hacer un torniquete en la zona comprendida entre la herida y el corazón. Los lugares más indicados parta hacer el
torniquete son: en la clavícula, fosa auxiliar, parte superior del muslo, parte mediana del muslo, tobillos y
articulaciones del pie. Si la herida se localiza en la cabeza o el cuello, se debe intentar calmar la hemorragia con las
manos.
MANTENER LA CALMA Y ACTUAR RÁPIDAMENTE ES SIEMPRE MUY IMPORTANTE EN LOS PRIMEROS
AUXILIOS.
1.6. EL ALMACENAJE, UTILIZACIÓN Y ELIMINACIÓN DE PRODUCTOS QUÍMICOS.
1.6.1. El envase
Productos sólidos de ilimitada estabilidad (por ejemplo, NaCl) son almacenados en botellas transparentes; los
sensibles a la luz requieren botellas de color ámbar. Polvos higroscópicos o sensibles al aire, son almacenados en
ampollas en atmósfera de gas inerte o en desecadores. La utilización de ampollas solo está permitida si la
sustancia no se vaporiza durante el almacenaje.
Los productos de fácil descomposición, deben ser almacenados a bajas temperaturas. Hay que prever, sin embargo,
las medidas de seguridad a tomar en el caso de que los productos de descomposición sean corrosivos, venenosos,
etc.
Para algunos productos hay prescripciones especiales de almacenaje, por ejemplo, el sodio metálico en aceite
mineral; el fósforo blanco en agua, etc.
Las sustancias líquidas son normalmente almacenadas en botellas para líquidos. Aquí valen las mismas
observaciones de almacenaje hechas para sólidos. Líquidos que hierven a temperatura ambiente, cuando son
almacenados en ampollas, requieren que estas sean de vidrio grueso. Para abrirlas primero hay que enfriarlas.
Luego se cierra su parte superior. Enseguida, valiéndose de una varilla de vidrio incandescente, se separa la punta
de la ampolla. Para ello basta tocar la fisura hecha con la varilla al rojo vivo.
Debido a su alta presión de vapor, los líquidos tienden siempre a reaccionar con la tapa del recipiente que los
contiene. La selección de la tapa debe ser bien meditada.
1.6.2. Los tapones
22
1.6.2.1. De corcho:
Son resistentes a los disolventes orgánicos (excepto alcohol). Son atacados por ácido sulfúrico concentrado, ácido
nítrico concentrado, halógenos y álcalis. Su resistencia aumenta si es sumergido en un baño de parafina a 120°C por
unos minutos.
1.7.2.2. De hule:
Son empleados principalmente en botellas con álcalis, de ácido clorhídrico concentrado, ácido fosfórico al 70%,
sulfúrico al 20%. Son destruidos rápidamente por halógenos, ozono, álcalis concentrados y ácido sulfúrico
concentrado. Con muchos disolventes orgánicos tales como benceno, éter etílico, piridina, disulfuro de carbono,
hidrocarburos clorados, etc., el hule se hincha, lo que hace difícil quitar los tapones de los frascos.
1.7.2.3. De PVC:
Son resistentes a álcalis, al ácido clorhídrico y al ácido sulfúrico concentrados hasta aproximadamente 60° C. Con
excepción de los alcoholes e hidrocarburos alifáticos, los disolventes orgánicos provocan la hinchazón del PVC.
1.7.2.4. De polietileno:
Son resistentes hasta 100° C al ácido clorhídrico concentrado, ácido fluorhídrico al 40%, ácido nítrico y álcalis al
50%. Con el ácido sulfúrico concentrado el polietileno reacciona con decoloración alrededor de los 40° C. Sin
embargo, puede ser empleado hasta esta temperatura. La estabilidad del polietileno frente a los disolventes
orgánicos no es muy buena.
1.7.2.5. De teflón:
El politetrafluoroetileno (teflón) posee propiedades extraordinarias de estabilidad. A temperatura de ebullición no es
atacado por el ácido fluorhídrico, ácido nítrico o agua regia. El ácido sulfúrico concentrado o fusiones de hidróxidos
sólo actúan pasados los 300° C. Frente a la mayoría de los disolventes orgánicos el teflón es también estable y
además puede ser calentado hasta 200° C sin que se deforme.
1.7.3. El almacenaje
El almacenaje de productos químicos inflamables es refrigeradoras eléctricas sólo es permitido si éstas son a prueba
de explosión. Los recipientes se deben cerrar herméticamente. El almacenaje de productos químicos presupone
siempre una etiqueta inteligible y resistente. Tal regla, vale también para recipientes que son empleados por un corto
período (por ejemplo, frascos de reacción). La etiqueta debe ser preparada de una manera tal que personas sin
conocimientos especiales puedan ayudar en caso de peligro. Especial importancia requiere el material con que se
escribe en la etiqueta. La mayoría de las tintas utilizadas en los bolígrafos se destiñen rápidamente en la atmósfera
de laboratorios químicos. Se recomienda el uso de un lápiz de mina.
23
Al sacar el líquido de un recipiente se debe tomar la precaución de no echar a perder la etiqueta con las gotas
remanentes. Se tiene como regla, verter el líquido del lado opuesto a la etiqueta, limpiándose con un trapo las gotas
que quedan en el exterior del recipiente.
1.8. ELIMINACIÓN DE PRODUCTOS QUÍMICOS
La eliminación de productos químicos requiere siempre precauciones especiales que dependen del material a ser
eliminado.
1.8.1. La basura se debe eliminar diariamente.
1.8.2. Los productos solubles en agua, no venenosos y no inflamables, se pueden botar en la pila con un
exceso de agua.
1.8.3. Los productos inflamables se deben quemar al aire libre en lugares especiales.
1.8.4. La eliminación de productos que no corresponde a las especificaciones arriba mencionadas, se debe
realizar solamente después de consultar con el profesor.
CUADRO 1.5 . Toxicidad de los productos químicos más utilizados en el laboratorio.
Sustancia Dosis tóxica aguda Valores CMT
Acetona rata or
p.i.
9750
300
1000
Ácido acético rata or
3300 25
Ácido fluoroacético rata Or 2.5 0.2
Ácido ftálico rata Or 8000
MCT = Máxima concentración en el local de trabajo. Se refiere a una jornada de trabajo de 8 horas diarias, hasta
estas concentraciones no se ha observado efectos dañinos en el organismo humano. La concentración esta dada en
mg/m3. or. = oral (valores en mg/kg del animal); p.i. = por inhalación (valores en mg/L aire). Caso que no sea
especificado, los valores de or y p.i. se refieren a 50% de la dosis letal (LD100), o sea 50% de los animales de
laboratorio mueren.
1.9Sistemas Internacionales de Seguridad
1.9.1 Triángulo de la NFPA
24
2
0
Inflamabilidad
2
Salud
Reactividad
W
Riesgo
Especial
El Código NFPA 704 establece un sistema de identificación de riesgos para que en un eventual incendio o
emergencia, las personas afectadas puedan reconocer los riesgos de los materiales respecto del fuego,
aunque éstos no resulten evidentes. Este código ha sido creado para la utilización específica de los cuerpos
de bomberos. Consiste en una etiqueta que consta del nombre del material y cuatro secciones con un color
asignado en cada caso.
Figura 1.2. Rombo NFPA 704,
Fuente: http://www.redproteger.com.ar/rombo_nfpa_704/rombo_nfpa_704.htm
Riesgos para la salud:
Se considera la capacidad del material para producir lesiones por contacto con la piel, ingestión o inhalación. Solo se
considerarán los riesgos que pongan de manifiesto alguna propiedad inherente del material. No se incluyen las
lesiones causadas por el calor del incendio ni por la fuerza de explosiones.
El riesgo para la salud en la lucha contra el fuego u en otra condición de emergencia es mortal, de modo que una
explosión simple puede variar desde unos pocos segundos hasta más de una hora. Además, es de esperar que el
despliegue físico que demanda combatir un incendio y las condiciones de emergencia intensifiquen los efectos de
cualquier exposición.
Hay dos fuentes de riesgo para la salud. Una tiene que ver con las propiedades inherentes del material y la otra con
los productos de la combustión o de su descomposición. El grado de riesgo se asignará sobre la base del mayor
riesgo que pueda existir bajo el fuego o en otras situaciones de emergencia. No se incluyen los riesgos comunes
derivados de la combustión de los materiales combustibles comunes.
La valoración del riesgo para la salud indicará al personal de bomberos o emergencia alguna de las informaciones
siguientes:
* Que puede trabajar con seguridad con el equipo de protección especializado.
* Que puede trabajar en forma segura con el equipo de protección respiratoria adecuado;
25
* Que puede trabajar con seguridad en el área con ropa ordinaria.
La graduación del riesgo para la salud se efectuará de acuerdo con la severidad probable de éste hacia el personal y
será la siguiente:
Grado 4: Materiales que con una explosión muy corta pueden causar la muerte o lesiones residuales mayores, aun
cuando se haya dado pronto tratamiento médico, incluyendo aquellos que son demasiado peligrosos para
aproximarse sin el equipo de protección.
Este grado incluye: Materiales que puedan penetrar a través de la ropa de protección ordinaria de caucho.
Materiales que bajo condiciones normales o bajo condiciones de incendio desprendan gases que son
extremadamente peligrosos (tóxicos, corrosivos, etc.), por inhalación, contacto o por absorción a través de la piel.
Grado 3: Materiales que en una exposición corta pueden causar lesiones serias, temporarias o residuales, aun
cuando se haya dado pronto tratamiento médico, incluyendo aquellos que requieran protección total contra contacto
con cualquier parte del cuerpo.
Este grado incluye: Materiales cuyos productos de combustión son altamente tóxicos. Materiales corrosivos para los
tejidos vivos o que son tóxicos por absorción por la piel.
Grado 2: Materiales que en una exposición intensa o continuada pueden causar incapacidad temporaria o posibles
lesiones residuales si no se suministra pronto tratamiento médico, incluyendo aquellos que requieren el uso de
equipos de protección respiratoria con suministro de aire independiente.
Este grado puede incluir: Materiales que originen productos de combustión tóxicos. Materiales que liberan productos
de combustión altamente irritantes. Materiales que, sea bajo condiciones normales o en un incendio, originen
vapores que son tóxicos para quien carece de los elementos de protección adecuados.
Grado 1: Materiales que por su exposición pueden causar irritación , pero solamente producen lesiones residuales
menores si no se administra tratamiento médico, incluye a aquellos que requieren el uso de una máscara de gas
aprobada.
Este grado puede incluir: Materiales que en condiciones de incendio pueden originar productos de combustión
tóxicos. Materiales que en contacto con la piel pueden causar irritación sin destrucción de los tejidos.
Grado 0: Materiales que en una exposición en condiciones de incendio no ofrecen riesgos mayores que los que dan
los materiales combustibles corrientes.
26
Inflamabilidad:
Se considera la capacidad de los materiales para quemarse. Muchos materiales que se quemarían bajo ciertas
condiciones, no queman bajo otras. La forma o condición del material, como así también las propiedades inherentes,
afectan al riesgo.
La graduación de los riesgos se efectuará de acuerdo con la susceptibilidad de los materiales a quemar, como sigue:
Grado 4: Materiales que se vaporizan completa o rápidamente a la presión atmosférica y a las temperaturas
ambiente normales, y que están bien dispersos en el aire y se quemarán con mucha facilidad.
Este grado incluye: Gases. Materiales criogénicos. Todo material líquido o gaseoso que, sometido a presión, está en
estado líquido o tiene un punto de inflamación menor que 23ºC y un punto de ebullición menor que 38ºC. Materiales
que según su forma física o su estado de agregación puedan formar con el aire mezclas explosivas y que están
efectivamente dispersadas en el aire, tal como polvos de combustibles sólido y nieblas de líquidos combustibles o
inflamables. (En esta valoración quedan incluidos los riesgos explosivo o inflamable de 1ª categoría del Dto. 351/79).
Grado 3: Líquidos y sólidos que se pueden encender bajo todas las condiciones de temperatura ambiente. Este
grado de materiales produce atmósferas riesgosas con el aire a cualquier temperatura o si bien no resultan
afectadas por la temperatura ambiente, son igníferos bajo cualquier condición.
Este grado incluye: Líquidos que tengan un punto de inflamación menor que 23ºC y un punto de ebullición igual o
mayor que 38ºC, y aquellos líquidos que tengan un punto de inflamación igual o mayor que 23ºC y menor que 38ºC.
Materiales sólidos en forma de polvos gruesos que pueden quemarse rápidamente pero que generalmente no
forman atmósferas explosivas con el aire.
Materiales sólidos que queman con extrema rapidez, Usualmente debido a que contienen su propio oxígeno.
Materiales sólidos en estado fibroso o de pelusa que pueden quemar rápidamente (algodón, sisal, etc.).
Materiales que expuestos al aire se encienden instantáneamente.
Grado 2: Materiales que para encenderse requieren ser previamente calentados con moderación o estar expuesto a
temperaturas ambientes relativamente altas. Los materiales de este grado en condiciones normales con el aire no
forman atmósferas peligrosas, pero bajo altas temperaturas ambientes o ante calentamiento moderado pueden
desprender vapores en cantidades suficientes para producir, con el aire, atmósferas peligrosas.
Este grado incluye: Líquidos que tengan un punto de inflamación mayor que 38ºC hasta 93ºC.
Sólidos y semisólidos que emitan vapores inflamables.
27
Grado 1: Materiales que para encenderse necesitan ser calentados previamente. Los materiales de este grado
requieren un considerable precalentamiento bajo cualquier temperatura ambiente antes que ocurran el encendido y
la combustión.
Pueden incluirse: Materiales que queman en el aire cuando se exponen a temperaturas de 815ºC por un período de
5 min. o inferior.
Líquidos y sólidos semisólidos que tengan un punto de inflamación mayor que 93ºC.
Grado 0: Materiales que se queman en el aire cuando se los expone a temperaturas de 815ºC por un período de 5
min.
Reactividad
En esta parte se considera la capacidad de los materiales para liberar energía. Algunos materiales son capaces de
liberar energía rápidamente por sí mismos, como ser por autorreacción, por polimerización, o pueden desarrollar una
violenta reacción eruptiva o explosiva cuando toman contacto con el agua, con otro agente extintor o con otros
dados materiales.
La violencia de la reacción o de la descomposición de los materiales puede verse incrementada por el calor o por la
presión, por otros materiales debido a la formación de mezclas combustible-oxidantes, o por contacto con sustancias
incompatibles, contaminantes, sensibilizantes o catalíticas.
Los grados de riesgo por reactividad se valoran de acuerdo con la facilidad, velocidad y cantidad de liberación de
energía como sigue:
Grado 4: Materiales que, a temperatura y presiones corrientes, en sí mismos son fácilmente capaces de detonar o
descomponerse o reaccionar en forma explosiva. Esta graduación incluirá los materiales que a presión y
temperaturas normales son sensibles a los golpes mecánicos y al choque térmico localizado.
Grado 3: Materiales que en sí mismos son capaces de detonar o de reaccionar o de descomponerse en forma
explosiva, pero que requieren una fuente de ignición fuerte, o antes de la iniciación calentarse bajo confinamiento.
Pueden incluirse:
Materiales que son sensibles al choque térmico y mecánico a temperatura y presiones elevadas o que reaccionan en
forma explosiva con el agua, sin requerir calentamiento ni confinamiento.
Grado 2: Materiales que en sí mismos son normalmente inestables y que fácilmente experimentan cambios
químicos violentos pero no detonan.
Pueden incluirse:
28
Materiales que a temperatura y presión corrientes, pueden experimentar cambios químicos con rápida liberación de
energía, o que a presiones y temperaturas elevadas pueden experimentar cambios químicos violentos.
Además se incluirán aquellos materiales que puedan reaccionar violentamente con el agua o aquellos que puedan
formar mezclas potencialmente explosivas con agua.
Grado 1: Materiales que, en sí mismos, son normalmente estables pero que pueden tornarse inestables a
temperaturas y presiones elevadas, o que pueden reaccionar con el agua con alguna liberación de energía, pero no
violentamente.
Grado 0: Materiales que, en sí mismos, son normalmente estables, aún expuestos en las condiciones de un
incendio y que no reaccionan con el agua.
Riesgo Especial
En este cuadro se indica los siguientes riesgos especiales:
Una letra W atravesada por una raya indica que el material puede tener reacción peligrosa al entrar en contacto con
el agua. Esto implica que el agua puede causar ciertos riesgos, por lo que deberá utilizarse con cautela hasta que se
esté debidamente informado.
La letra OX indica si la sustancia es oxidante.
Aunque son símbolos no reconocidos por la NFPA 704, algunos usuarios utilizan las letras ALK para indicar
sustancias alcalinas y ACID para ácidos.
1.9.2 Frases de riesgo R y S
Conjunto numerado de frases y combinaciones de frases usadas para describir los riesgos atribuidos a una
sustancia o preparado peligroso.
Se describen en el Anexo III de la Directiva 67/548/CE y sus modificaciones, en todos los idiomas de la Unión
Europea. En el apéndice I encontrará las frases R y S básicas.
Frases R: Son frases que advierten sobre los riesgos de los reactivos.
Ej.: R1 (riesgo de explosión en estado seco); R8 (riesgo de fuego en contacto con sustancias combustibles) etc.
Frases S: Son frases que indican sobre manipulación de los materiales y actuación en la emergencia.
Ej.: S7: Tener el recipiente bien cerrado.
29
Las frases S y R se combinan:
Ej.: Yodo = R: 20/21 S:23/25.
R20: Nocivo por inhalación
S23: No respirar las emanaciones.
R21: Nocivo vía dérmica.
S25: Evitar contacto con los ojos.
1.9.3 Pictogramas de seguridad
Es conveniente conocer los datos de peligrosidad de reactivos de disolventes que de forma resumida se recogen en
los siguientes pictogramas
Cuadro 1.6: Pictogramas de seguridad según la Unión Europea.
Símbolo Peligro Precaución
Compuestos que pueden inflamar sustancias
combustibles o favorecer la amplitud de incendios
ya declarados, dificultando su extinción
Evitar el contacto con sustancias
combustibles
Por contacto con estas sustancias se destruye
tejido vivo y otros materiales
No inhalar los vapores y evitar el
contacto con la piel, ojos y ropa
Sustancias que pueden explotar bajo determinadas
condiciones
Evitar choque, percusión, fricción,
chispas y calor
30
Sustancias extremadamente inflamables, bien de
forma espontánea, o en contacto con el aire o el
agua.
Aislar de fuentes de calor, llamas o
chispas
Sustancias inflamables o volátiles Aislar de fuentes de calor, llamas o
chispas
Producen irritación sobre la piel, ojos y sistema
respiratorio
No inhalar los vapores y evitar el
contacto con la piel
Sustancias que afectan de manera irreversible al
medio ambiente
Evitar su eliminación de forma
incontrolada
Sustancias que por inhalación, ingestión o
penetración cutánea pueden entrañar riesgos para
la salud
Evitar cualquier contacto con el
cuerpo humano
Sustancias que por inhalación, ingestión o
penetración cutánea pueden entrañar graves
riesgos para la salud
Evitar cualquier contacto con el
cuerpo humano y en caso de
malestar acudir al médico
31
Fuente: http://www.ugr.es/~quiored/lab/seguridad/pictograma.htm
Además de los sistemas mencionados hasta aquí es importante que el estudiante conozca que cada compuesto
químico posee una ficha de seguridad, denominada SMDS, de la siglas en inglés: Safety material Data sheet .
Dentro de esta ficha el usuario es capaz de conocer todas las constantes físicas y químicas del compuesto, así
como aspectos de seguridad, almacenamiento y transporte entre otras. Estas pueden ser consultadas en línea en el
sitio: www.fichasdeseguridad.com , en el anexo II se puede ver con detalle la ficha de seguridad del Ácido
clorhídrico.
Todos los compuestos poseen también un número CAS (Chemical Abstracts Service), este es una identificación
numérica, única que se utiliza para denominar: compuestos químicos, polímeros, secuencias biológicas y
aleaciones. La sociedad Química Americana, asigna esta numeración a cada compuesto químico que ha sido
descrito en la literatura.
Esta primera unidad acerca al estudiante a aspectos básico de la seguridad en un laboratorio, y le permitirá trabajar
de forma más segura.
CUESTIONARIO
1. ¿Por qué en un incendio de benceno, vestimentas impregnadas con él, no pueden ser rociadas con
agua?
2. ¿Por qué no se puede ni debe comer o ingerir bebidas de cualquier tipo en el laboratorio?
3. ¿Por qué no se puede fumar en el laboratorio? De dos razones.
4. Analice el cuadro 1.1., con base en los siguientes puntos de vista:
a) ¿Cuáles sustancias son las más peligrosas?
Producen efectos nocivos de poca trascendencia Evitar contacto e inhalación de
vapores
32
b) ¿Existe alguna relación entre el punto de inflamación y el punto de ignición?
5. ¿Cómo actúan los diferentes extintores (H2O; arena y CO2)?
6. ¿Por qué no se almacena ácido fluorhídrico en frascos de vidrio? ¿Cómo se debe almacenar?
7. ¿Cuál es la base de la regla general para la dilución de ácidos que dice:
“se debe agregar el ácido al agua, no a la inversa” ?
8. ¿Por qué el O2, N2, H2 y CO, no existen en cilindros en forma licuada?
9. ¿Dónde se localizan en su laboratorio el Botiquín de Primeros Auxilios, las llaves generales de gas, de
agua y de electricidad y los extintores para incendio? Haga un esquema del laboratorio.
10. ¿Qué haría usted, si una botella con 5 L de éter etílico se estrella y se quiebra en el suelo durante uno
de los experimentos?
11. ¿Cómo almacenaría usted: CaCl2 (higroscópico); NaCl; CH3OH, éter etílico y O2?
12.¿Cómo se eliminan:
a) residuos de sodio metálico?
b) benceno mezclado con otros disolventes?
c) residuos de yodo (I2)?
d) peróxidos del éter etílico?
13. ¿Qué se entiende por temperatura de ignición, punto de inflamación y límite de explosión?
14. ¿Utilice la hoja de seguridad del Ácido Clorhídrico que se encuentra en el apéndice II de este folleto e
intérprete los cuidados que debe tener un estudiante al trabajar con él?
33
2. Recristalización
Objetivos
1. Conocer el método de recristalización.
2. Justificarlo en términos de fuerzas intermoleculares.
3. Determinar cuándo se puede y se debe emplear.
4. Aprender cómo se determina un punto de fusión.
Marco teórico
Ya, desde el tiempo de los alquimistas, los sólidos se purificaban por recristalización en un disolvente adecuado. Hoy
día esta técnica se mantiene como el procedimiento idóneo para la purificación de sustancias sólidas.
En general, la purificación por recristalización se basa en el hecho de que la mayoría de los sólidos son más solubles
en un disolvente en caliente que en frío. El sólido que se va a purificar se disuelve en el disolvente caliente
(generalmente a ebullición) y se filtra en caliente para eliminar todas las impurezas insolubles y la disolución se deja
enfriar para que se produzca la recristalización.
Frecuentemente la disolución se colorea con impurezas orgánicas de peso molecular elevado que acompañan al
producto deseado o que se han formado como productos de descomposición o subproductos en el proceso de
síntesis. En estos casos, el color se puede eliminar hirviendo la disolución durante cinco minutos con una pequeña
cantidad (algunos gramos por litro) de carbón activado, antes de la filtración en caliente.
En el caso ideal, toda la sustancia deseada debe quedar en forma cristalina y todas las impurezas solubles, deben
quedar disueltas en las “aguas madres”. Finalmente, los cristales se separan por filtración y se dejan secar.
Si con una recristalización sencilla no se logra obtener una sustancia pura, el proceso puede repetirse empleando el
mismo u otro disolvente.
La gran utilidad de la recristalización como método de purificación, se debe a que la orientación de las moléculas en
una red cristalina es un proceso extremadamente selectivo y delicado. La recristalización de sustancias diferentes en
la misma red, ocurre solamente en casos aislados. Incluso, a veces, el sólido deseado puede recristalizarse
selectivamente en una disolución saturada con otras impurezas sólidas; esto se consigue simplemente “sembrando”
con cuidado la disolución con un pequeño cristal del compuesto. En tales casos, las moléculas del compuesto
deseado pasan de la disolución a la red cristalina, mientras que las aguas madres permanecen saturadas e incluso
sobresaturadas, con respecto a los otros productos.
34
ELECCIÓN DEL DISOLVENTE
El lema de los alquimista medievales fue “Similia similibus solvunter” (semejante disuelve a semejante). En general,
para un disolvente, el estudio detallado de la relación existente entre estructura y capacidad de disolución, es
bastante complejo. Un análisis del problema lleva a la conclusión de que la mejor forma de encontrar un disolvente
adecuado para la recristalización de una sustancia determinada es ensayar experimentalmente distintos disolventes.
No obstante, algunas generalizaciones razonablemente válidas, pueden ayudar a simplificar la búsqueda. En los
cuadros 2.1., y 2.2., se indican algunas de las propiedades de los disolventes orgánicos de mayor uso en la
recristalización de sólidos.
Los compuestos no iónicos no se disuelven apreciablemente en agua, a menos que las moléculas interaccionen con
las de agua a través de puentes de hidrógeno.
Por este motivo, los hidrocarburos y sus derivados halogenados son prácticamente insolubles en agua, pero los
compuestos en cuyas moléculas existen grupos funcionales tales como en los alcoholes (-OH), aldehídos (-CHO),
cetonas (R-CO-R), ácidos carboxílicos (-COOH) y amidas (-CONH2), que pueden formar puente de hidrógeno con el
agua, son solubles. A menos, que la relación del número total de átomos de carbono al de los grupos funcionales en
la molécula sea superior a 4 o 5; la solubilidad decrece rápidamente. Así, la acetamida (CH3CONH2) es soluble en
agua, pero la caproamida (CH3-(CH2)4CONH2) no lo es. De hecho, es una regla general el que a medida que se
asciende en una serie homóloga, la solubilidad y las propiedades físicas de sus miembros tienden a aproximarse a
las de los hidrocarburos del mismo número de átomos de carbono.
La mayoría de los compuestos orgánicos que carecen de átomos hidrógenos capaces de formar puentes de
hidrógeno, se disuelven rápidamente en éter, benceno, ligroína y otros disolventes no asociados. El proceso de
disolución es en realidad una mezcla molecular. Por otra parte, los compuestos orgánicos que se encuentran
asociados por puentes de hidrógeno es el estado líquido, suelen ser también bastante solubles en disolventes no
polares, a menos que:
1. Tengan 2 o más grupos funcionales capaces de formar enlaces de hidrógeno
2. Sean sólidos de punto de fusión elevado.
Así, el 1-propanol (CH3CH2OH) y el ácido hexanoico (CH3(CH2)4COOH), son solubles en éter, sin embargo la
glicerina (CH2OH-CHOH-CH2OH), con un grupo hidroxilo en cada uno de los átomos de carbono, el ácido adípico
(HOOC-(CH2)4-COOH), que funde a 153ºC y la glucosa (HOCH2-(CHOH)4-CHO) con cinco grupos hidroxilos en un
total de seis átomos de carbono, no lo son.
El éter etílico o el benceno son muy parecidos en su acción disolvente. En general, el éter etílico es mejor disolvente
que el benceno para los compuestos asociados y ambos son mejores que el éter de petróleo y la ligroína. El éter de
petróleo es muy parecido a la ligroína, aunque tiene un poder disolvente algo más débil.
35
Los disolventes hidroxílicos asociados, como el metanol, el etanol y el ácido acético (los tres miscibles con agua),
presentan un poder disolvente intermedio entre el agua y el éter (o benceno). En general, para los hidrocarburos y
sus derivados halogenados, estos tres compuestos son más débiles como disolventes que el éter, pero
considerablemente más fuertes que el agua. Para los compuestos orgánicos que pueden asociarse o coasociarse
son disolventes excelentes. Su poder disolvente varía en el mismo orden de su punto de ebullición:
ácido acético > etanol > metanol.
La acetona, posee un poder mucho mayor que el etanol, aunque su comportamiento es muy parecido.
El cloroformo y el tetracloruro de carbono son disolventes excelentes para los compuestos no asociados. Debido a
su elevado contenido de cloro; son relativamente caros.
Con frecuencia se encuentra que un compuesto es demasiado soluble en un disolvente y poco soluble en otro para
poder realizar su recristalización. Entonces se puede utilizar, con buen resultado en muchos casos, pares de
disolventes, tales como metanol:agua; etanol:agua; éter etílico:acetona y benceno:ligroína. En estos casos, el
compuesto se disuelve en el disolvente en el que es muy soluble (a su temperatura de ebullición o ligeramente por
debajo de ésta) y entonces se añade, gota a gota y caliente, el otro disolvente en que la sustancia es menos soluble,
hasta que aparezca una tenue turbidez persistente. Se añaden entonces unas gotas del otro disolvente para eliminar
la turbidez y la disolución se deja enfriar en la forma habitual.
PROPIEDADES DEL DISOLVENTE PARA UNA RECRISTALIZACIÓN
El disolvente que se emplee en una recristalización debe poseer las siguientes características:
2.1. Poseer una diferencia considerable de poder disolvente sobre el soluto, a elevada y baja temperatura,
es decir que el soluto sea muy soluble a elevada temperatura y poco soluble en el disolvente a baja
temperatura.
2.2. Poseer un poder disolvente muy alto o muy bajo sobre las impurezas.
2.3. Dar lugar a cristales bien formados.
2.4. No reaccionar con el disolvente.
2.5. Tener un bajo punto de ebullición para que se pueda eliminar por evaporación de los cristales puros.
2.6. Dentro de lo posible, no ser tóxico ni inflamable.
36
CUADRO 2.1. Propiedades de los disolventes de uso frecuente en recristalizaciones
Disolvente
Fórmula molecular
Punto de
ebullición
(C)
Punto de
fusión
(C)
Miscibilidad
con agua
Inflamabilidad
acetato de etilo
CH3COOC2H5
77.2
- 84
-
++
acetona
(CH3)2CO
56.1
- 95
+
+
ácido acético
CH3COOH
118.1
16.6
+
+
cloroformo
CHCl3
61.3
< 0
-
0
N,N-dimetil
formamida
H-CO-(NH2)2
153.0
- 61
+
+
etanol 95%
C2H5OH
78.1
- 16
+
++
éter de petróleo
pentanos y
hexanos
35-65
< 0
-
++++
éter etílico
(C2H5)2O
34.6
-116
-
++++
metanol
CH3OH
64.7
- 98
+
++
nitrobenceno
C6H5NO2
210.9
5.7
-
+
37
CUADRO 2.2. Relación entre soluto y diversos disolventes.
Compuesto a recristalizar
Disolvente
Buena solubilidad en disolventes
del tipo
Hidrocarburos
Hidrocarburos halogenados
Éteres
Ésteres
Derivados del nitrógeno
Nitrilos
Cetonas
Aldehídos
Fenoles
Aminas
Alcoholes
Ácidos carboxílicos
Ácidos sulfónicos
Sales
HIDROFÓBICOS
HIDROFÍLICOS
Hidrocarburos, éteres
Hidrocarburos halogenados
Ésteres
Etanol, dioxano, ác. acético
Alcohol, agua
Agua
38
Observaciones generales sobre aspectos prácticos
Preparación de la disolución
Como regla general el objetivo es disolver el soluto en la mínima cantidad de disolvente a su temperatura de
ebullición. Se recomienda partir de una cantidad de disolvente baja e ir adicionando porciones sucesivas a ésta
hasta que se disuelva completamente el soluto.
Precaución: Cuando utilice disolventes inflamables, no debe realizarse este proceso cerca de llamas, además, debe
emplearse un condensador en posición de reflujo (Fig. 2.1) para evitar incendios por combustión de los gases del
disolvente.
Fig. 2.1. Calentamiento a reflujo para disolventes inflamables
Decoloración:
Cuando se desee eliminar impurezas coloreadas, se suele utilizar carbón activado que tiene la propiedad de
adherirse a las moléculas coloreadas; luego son removidas por filtración.
39
La cantidad de carbón debe ser la mínima, de 1/20 a 1/50 de la cantidad de soluto a recristalizar, puesto que
inevitablemente cierta cantidad del compuesto se adsorbe también. Se ha observado con frecuencia que el carbón
decolorante, es considerablemente más eficaz en disolventes que están asociados (agua en especial), que en
disolventes no asociados. Cuando el carbón activado se añade en porciones, se necesita menos cantidad. En todos
los casos, el carbón debe agregarse antes de calentar la mezcla, para evitar una ebullición violenta.
Filtración en caliente:
Además de los métodos usuales de filtración (Fig. 2.2.), en los casos en que los poros del papel de filtro se obturan,
debido a la presencia de sustancias coloidales o gelatinosas, o en aquellos en que el disolventes es muy volátil, se
utiliza para la filtración un embudo Büchner7 unido a un kitasato para poder aplicar vacío y acelerar de esta forma la
filtración. Fig. 2.3.
Fig. 2.2. Filtración clásica
7 El embudo Büchner debe ser precalentado en un baño con agua para evitar que el disolvente se
enfríe antes de la filtración
40
Fig. 2.3. Filtración al vacío
Enfriamiento:
Durante el enfriamiento de la disolución caliente se pretende que cristalice la máxima cantidad de la sustancia
deseada con un mínimo de impurezas. El proceso se realiza en un matraz o erlenmeyer, cubierto con un vidrio de
reloj para evitar la evaporación. Generalmente, se prefiere que los cristales tengan un tamaño medio; porque los
cristales grandes pueden incluir gran cantidad de disolvente, el cual llevaría impurezas disueltas; por otra parte, los
cristales pequeños, con gran superficie total, adsorben con frecuencia cantidades apreciables de impurezas.
El tamaño de los cristales se puede controlar con la rapidez de cristalización; rápida. Por ejemplo, el enfriamiento en
baño con hielo, favorece la formación de cristales pequeños y una cristalización lenta origina cristales grandes.
Puesto que la mayoría de los compuestos orgánicos no presentan la tendencia a formar cristales grandes,
generalmente, lo mejor es dejar que el enfriamiento de la disolución sea moderado. Una sobresaturación de la
disolución, provoca que al principio la cristalización sea muy lenta. Esto se puede evitar raspando con una varilla de
vidrio la superficie interior del erlenmeyer, de tal forma que se formen fragmentos de vidrio que actúen como núcleos
de cristalización, o bien, añadiendo durante el enfriamiento y de vez en cuando, un pequeño cristal del producto para
sembrar la disolución y provocar de esta manera su cristalización.
La mezcla se debe dejar en reposo, hasta que la cristalización sea completa. Como medida de precaución, el filtrado
obtenido puede guardarse para examinarlo más tarde.
Por otro lado, se acostumbra concentrar las aguas madres, esto es, concentrar la disolución que resulta de filtrar los
primeros cristales. De esta forma, se puede obtener una nueva cantidad de cristales. Sin embargo, éstos son casi
siempre menos puros que los cristales obtenidos en la primera cristalización.
41
Filtrado de los cristales:
Para separar los cristales formados en el agua madre, se puede utilizarse el sistema de la figura 2.3 para la
filtración en caliente, donde no es necesario precalentar el Büchner. Además, los cristales deben lavarse con
pequeñas porciones del disolvente puro con el propósito de eliminar las aguas madres que se han adsorbido a los
cristales.
Secado de los cristales:
Los cristales, una vez filtrados se pasan a una cápsula de porcelana o a un vidrio de reloj. Se dejan secar a
temperatura ambiente o se secan en una estufa. En este último caso, debe controlarse cuidadosamente la
temperatura y asegurarse de que la sustancia no se descomponga. Otros equipos que se utilizan para el secado de
cristales, son:
- Secador al vacío
- Pistola de secado
(Investigue sobre el uso de estos equipos)
Parte Experimental
I. Parte: Elección del disolvente
La elección del disolvente se realizará de forma demostrativa por parte del profesor.
1. Pruebe la solubilidad de la acetanilida en agua, etanol 95% y tolueno, para determinar el mejor disolvente
para la recristalización.
2. Deposite 0,1 g de acetanilida en 3 tubos de ensayo pequeños (10 x 75 mm) y agregue el disolvente gota
a gota y agitando hasta completar 1 mL (aproximadamente 20 gotas). Nota: Si se disuelve toda la muestra,
se debe descartar el disolvente.
3. En caso de que la acetanilida no se disuelva, caliente la mezcla suavemente (utilice baño de maría para
los disolventes inflamables) agitando hasta que hierva el disolvente.
4. Anote en su libreta las observaciones sobre la solubilidad y la forma de los cristales (agujas, prismas,
escamas, entre otras)
5. En caso de que aún la acetanilida no se disuelva, añada más disolvente en porciones de 0,5 mL hasta que
toda la acetanilida se disuelva a la temperatura de ebullición o hasta que se haya alcanzado un volumen de
3 mL del disolvente. Si no se disuelve, anote que es poco soluble en el disolvente y se ensaya con otro. Si
se disuelve en menos de 3 mL. Anote que es moderadamente soluble.
42
6. Si se produce la disolución total de la acetanilida, enfríe lentamente la disolución, raspando las paredes del
tubo de ensayo con un agitador de vidrio y observe la facilidad de cristalización y la cantidad de cristales
obtenidos.
7. Anote la proporción de soluto y disolvente que dan mejores resultados. Con esta información seleccione el
disolvente más adecuado para realizar la purificación de la acetanilida.
Deposite los residuos de acetanilida, agua, tolueno y etanol 95% en el recipiente de
desechos rotulado 3. Orgánicos no halogenados.
II. Purificación de una muestra de acetanilida
8. Adicione 1 g de acetanilida impura (con cloruro de sodio y azul de metileno) en un erlenmeyer de 250 mL o
un balón de fondo plano de 250 mL (si se utiliza equipo de reflujo),
9. Añada una punta de espátula de carbón activado y 10 mL del disolvente seleccionado.
10. Arme un sistema de calentamiento en baño maría y manteniendo agitación trate de disolver la acetanilida.
Si se forma un aceite oscuro, es señal de que aún queda acetanilida por disolver y deberá agregarse más
disolvente. Agregue 5 mL más del disolvente y así sucesivamente sin exceder un volumen de 25 mL del
disolvente. El proceso se repite hasta que se complete la solubilidad.
11. Filtre al vacío la mezcla caliente, utilizando un embudo Büchner, que se ha calentado previamente con el
disolvente a ebullición. Es recomendable precalentar el kitasato.
Gestión de desechos:
Deposite los desechos del papel de filtro con carbón activado en el recipiente de
desechos rotulado 8.1. Residuos Sólidos.
12. Deje en reposo el filtrado en un baño de agua fría para que la cristalización sea completa.
13. Filtre los cristales y realice lavados con porciones de 3 mL del disolvente puro hasta que el filtrado no de
positiva la prueba para cloruros.
14. Realice la prueba de cloruros recolectando unas gotas del filtrado en un vidrio de reloj y agregue dos gotas
de Ag(NO)3 . Observe si la prueba da positiva. Investigue sobre esta prueba.
Gestión de desechos:
Deposite los desechos del filtrado (agua y NaCl) en el recipiente de desechos
rotulado 5.2.Sales Inorgánicas no Tóxicas
43
15. Coloque el papel filtro con los cristales en una cápsula de porcelana o en un vidrio de reloj e introdúzcalo
en la estufa para evaporar el disolvente. Posteriormente, ya secos, mida la masa de acetanilida
recristalizada.
16. Guarde la acetanilida purificada para que en la próxima sesión de laboratorio realice el punto de fusión de
la misma.
CUESTIONARIO
Si no se encuentra un buen disolvente, se debe ensayar con mezclas de ellos tal y como se indicó anteriormente.
1. ¿Por qué el simple lavado de cristales sobre un papel de filtro, no es un proceso muy efectivo de
purificación como si lo es la recristalización?
2. ¿Cómo se explica la formación de cristales de diferente tamaño, según la cristalización sea lenta o
rápida? ¿Qué efectos tiene cada una de estas circunstancias sobre la pureza de los cristales?
3. Cite dos razones por las que un proceso de recristalización no da un rendimiento del 100 %?
4. Analizando la naturaleza polar o no polar de las sustancias, ¿cómo clasifica los siguientes compuestos
con respecto a su solubilidad en agua y éter etílico: glicerina, cloruro de sodio, cloroformo, ácido acético,
ciclopentano, glucosa y benceno?
5. Defina los siguientes términos: a) solución saturada, b) sobresaturada, c) núcleos de cristalización y d)
“siembra” de una cristalización.
6. A temperatura ambiente, un sólido (X) es soluble en agua en proporción de 1 g por cada 100 g de agua y
a la temperatura de ebullición del agua, en la proporción de 10 g por cada 100 g de agua. ¿Cómo se podría
purificar X, si se dispone de una mezcla de 10 g de X con 0.1 g de una impureza Y que es completamente
insoluble en agua y 1 g de una impureza Z, que tiene la misma solubilidad que X? ¿Qué cantidad de X,
absolutamente puro, podría obtenerse después de una sola recristalización de agua?
¿Qué cantidad de X puro podría obtenerse después de una sola recristalización de una mezcla de 10 g de
X con 9 g de Z? ¿Qué sugiere esto, desde el punto de vista general, sobre el uso de la recristalización como
técnica de purificación?
7. La solubilidad del ácido benzoico en 100 mL de agua es de 0.21 g a 10ºC; 0.27 g a 18ºC; 2.75 g a 80ºC y
6.80 g a 95ºC.
44
Dos alumnos cristalizan muestras de 10 g de ácido benzoico en agua. El primero, disuelve el ácido benzoico
a 80ºC y lo filtra a 10ºC; el segundo, lo disuelve a 95ºC y también lo filtra a 10ºC. Calcule la cantidad de
agua que se necesita en cada caso y la máxima cantidad de ácido benzoico que se recupera.
8. ¿Se debe recomendar la filtración por succión de una disolución en la que el disolvente es éter etílico o
éter de petróleo?
9. ¿Qué ventajas presenta el agua como disolvente para una recristalización? ¿Qué ventajas tendrá el CCl4
sobre el éter etílico o el benceno? ¿Y el etanol sobre el 1-octanol?
10. ¿Por qué es importante reducir al mínimo la evaporación durante la filtración de una disolución caliente?
11. Cuando se filtra un sólido por succión, ¿por qué se debe interrumpir siempre la succión antes de cerrar
la trompa de agua?
12. El yoduro de etilo es polar, pero contrariamente a lo que sucede con el etanol y el ácido acético, que
también son líquidos polares, es insoluble en agua. Explique esta diferencia
13. Compare la solubilidad en agua de cada uno de los siguientes pares de compuestos
a) 1-bromopropano y 1-propanol b) 1,1-dibromoetano y acetaldehído
c) 1,2-dicloroetano y 1,2-etanodiol d) yodoetano y etilamina
Frecuentemente se establece que los compuestos orgánicos polares de peso molecular bajo son solubles
en agua. Comente sobre esta generalización
14. Sugiera un buen disolvente para cada uno de los siguientes compuestos:
naftaleno (C8H10); butirato de sodio (C3H7COO-Na
+); propilamina (C3H7NH2);
arabinosa HOCH2CHOH-CHOH-CHOH-CHO), alcohol cetílico (C16H33OH),
dodecano (C20H42) y yodoformo (CHI3).
15. ¿Qué propiedad del carbón activado le hacen un buen agente decolorante?
16. Prediga ¿qué compuesto será más soluble en éter o benceno?:
ácido oxálico (HOOC-COOH) o glioxal (CHO-CHO)
45
etilendiamina (H2N-CH2CH2NH2) o tetrametilendiamina {(CH3)2N-CH2CH2N-(CH3)2}
ácido malónico (HOOC-CH2COOH) o malonato de etilo(C2H5OOC-CH2COOC2H5)
glicerina (HOCH2CHOHCH2OH) o su trimetiléter (CH3O-CHOCH3-CH2OCH3)
46
3. Punto de Fusión
Objetivos
1. Conocer la importancia de la determinación de punto de fusión como parámetro de pureza en una
síntesis orgánica.
4. Aprender cómo se determina un punto de fusión utilizando la metodología del tubo de Thiele.
Marco Teórico
El punto de fusión o solidificación de una sustancia se define como la temperatura a la que las fases sólida
y líquida coexisten en equilibrio a la presión de 1 atm.
Para determinar el punto de fusión de un sólido, se introduce una diminuta muestra en un capilar que se
une al bulbo de un termómetro. Se calienta el baño (tubo de Thiele) lentamente y se observa la temperatura
en la cual comienza la fusión así como aquella en la que termina. Como se requiere de algún tiempo para
que toda la muestra se funda y el calentamiento es continuo; incluso una sustancia pura presentará un
intervalo de fusión. Como norma general, las sustancias puras funden nítidamente, observándose un
intervalo de fusión de 0.5 a 1.0 ºC y no mayor. Esto es lo que se conoce como “punto de fusión cortado”.
Para ganar tiempo, conviene calentar rápidamente hasta que la temperatura sea unos 10 ºC menos que el
punto de fusión de la muestra. Entonces se debe seguir calentado lentamente de manera que la
temperatura del baño ascienda uniformemente y no más de prisa de 5 ºC por minuto.
Si no se conoce el punto de fusión del sólido, encontrará útil para ganar tiempo, llenar dos capilar y utilizar
una de estas muestras para una determinación preliminar, inexacta, calentando rápidamente, dejando luego
que el baño se enfríe unos 30 ºC por debajo del punto de fusión e introduciendo el segundo capilar para
realizar una determinación exacta.
Se han diseñado diversos dispositivos para determinar puntos de fusión, que proporcionan un
calentamiento uniforme y una observación fácil de la temperatura de fusión, uno de ellos y quizás el más
utilizado es el tubo de Thiele (ver Fig. 3.1.), en el cual la uniformidad del calentamiento se basa
exclusivamente en las corrientes de convección.
Al identificar un compuesto desconocido, es muy útil realizar una determinación de un punto de fusión
mixto. Si se sospecha que una sustancia desconocida “X”, puede ser un compuesto conocido “Y”, se
procede a la determinación del intervalo de fusión de una muestra de “X” mezclada con una pequeña
cantidad de “Y”. Si ambos compuestos son el mismo, la mezcla fundirá nítidamente a la misma
47
temperatura. Si por el contrario, los compuestos son diferentes, la mezcla fundirá, como norma general en
un amplio intervalo de temperatura.
Fig. 3.1. Varios sistemas de determinación de punto de fusión.
Fig. 3.2. Sistema de Tubo de Thiele
48
Parte Experimental Determinación del punto de fusión
I. Determinación del Punto de Fusión de la Acetanilida Purificada, Acetanilida Pura y una
muestra incógnita
1. Coloque una punta de espátula de la acetanilida purificada en un vidrio de reloj, introduzca el sólido en un
capilar que tiene el extremo inferior sellado (Fig. 3.2) Nota: Asegúrese que la acetanilida este finamente
dividida (polvo fino), en caso contrario utilice mortero y pistilo para pulverizar la muestra.
2. Introduzca el capilar con la acetanilida en un tubo de vidrio hueco que esta sujetado a un soporte y déjelo
caer. Repita este proceso 3 veces hasta verificar que el sólido se compacte totalmente. (Fig. 3.2)
3. Sujete el capilar con la acetanilida al termómetro con una liga, de forma tal que el bulbo y el extremo del
capilar empaten convenientemente (pida al profesor de laboratorio que le aclare cualquier duda). (Fig. 3.2)
4. Agregue el Ftalato de dibutilo al tubo de Thiele hasta de 2 cm por encima de la curvatura.
5. Introduzca el termómetro con el capilar en el tubo de Thiele y sujete ambas partes con presas universales a
un soporte. Observe (Fig. 3.2) Nota: Verifique que el sistema se encuentre bien sujetado al soporte.
6. Caliente el ftalato de dibutilo colocando el mechero en el codo del tubo de Thiele, hasta que observe que la
acetanilida dentro del capilar empiece a fundirse.
7. Anote la temperatura a la cual observa la formación de una primera gota dentro de la estructura cristalina
(T1), y la temperatura cuando toda la acetanilida se funde (T2). Nota: Recuerde que bajo ninguna
circunstancia debe verter el ftalato de dibutilo en la pila se debe devolver a la botella, ni debe lavar el tubo
de Thiele.
8. Repita el procedimiento anterior con la acetanilida pura y determine el porcentaje de error.
9. Solicite al profesor la muestra incógnita y determine su punto de fusión por duplicado. Anote y reporte el
dato a su profesor.
Gestión de desechos:
Deposite los capilares con los sólidos en el recipiente de desechos rotulado 8.1.
Residuos Sólidos.
Gestión de desechos:
Deposite los desechos de las incógnitas en el recipiente de desechos rotulado 4.
Orgánicos no Halogenados
49
CUESTIONARIO
1. ¿Qué efecto ejercerá cada una de las siguientes circunstancias sobre la determinación del punto de
fusión y el intervalo de fusión de una muestra?
a) uso de un tubo de fusión con paredes gruesas
b) uso de un tubo capilar de 3-5 mm de diámetro
c) un calentamiento rápido
d) empleo de mucha cantidad de muestra
e) una circulación deficiente del líquido térmico en el baño de calefacción
2. Una estudiante sospecha que una sustancia desconocida experimenta un cambio químico a la
temperatura de su punto de fusión. Indique un método sencillo para comprobar su hipótesis.
50
4. Extracción y cromatografía de los componentes activos
(acetaminofen, cafeína y aspirina) de un fármaco.
Objetivos
1. Conocer y utilizar el método de separación líquido – líquido para la extracción de los componentes del
Excedrín.
2. Comprobar la separación de los componentes del fármaco, mediante la aplicación de la técnica de
cromatografía de capa fina.
3. Adquirir el conocimiento necesario para definir cuál técnica de extracción se debe emplear para un caso
dado.
Marco teórico
Las formulaciones farmacéuticas modernas son mezclas complejas que incluyen, además de uno o más
componentes medicinalmente activos, una cantidad de materiales inertes tales como diluyentes, desintegrantes,
colorantes y saborizantes. (Remington, 2003) Con el fin de asegurar la calidad y la estabilidad de la gran gama
de productos farmacéuticos, el analista requiere separar los componentes individuales de estas mezclas
complejas para realizar los análisis cuantitativos necesarios.
Entre las técnicas de separación más utilizadas en este tipo de industria se destaca la cromatografía y la
separación líquido-líquido.
Extracción líquido-líquido
La extracción líquido-líquido, conocida también como extracción con disolventes, es una técnica de separación
que permite aislar el compuesto de interés de una mezcla de componentes por contacto íntimo con otro líquido
inmiscible, permitiendo que los componentes de la mezcla original se distribuyan de forma diferenciada entre las
dos fases líquidas, produciendo así un grado de separación, que puede aumentar por la combinación de etapas
múltiples, tal como ocurre en operaciones como la destilación o la absorción.
El procedimiento de la extracción consiste en agitar la mezcla de interés con un disolvente orgánico inmiscible
con el agua y luego se deja reposar por unos minutos con el fin de que se separen las fases. Según la
solubilidad relativa de la sustancia, esta se distribuirá entre la fase acuosa o la fase orgánica. Así, las sales
51
inorgánicas se encontrarán en la fase acuosa mientras que los compuestos no polares como hidrocarburos
estarán en la fase orgánica. Cabe resaltar que ciertos compuestos orgánicos como alcoholes, aminas, ésteres,
entre otros, son parcialmente solubles en ambas fases y por esta razón serán necesarias varias extracciones.
(Varcárcel, 1988)
La elección de la sustancia orgánica para la extracción se realiza considerando la solubilidad de la sustancia a
extraer y la facilidad con que pueda separarse ésta del disolvente, en caso de que se desee recuperar el
disolvente. Los solventes orgánicos utilizados comúnmente son el benceno, tolueno, éter de petróleo,
diclorometano, cloroformo, tetracloruro de carbono, acetato de etilo y el 1-butanol.
La extracción está regida por la ley de Distribución propuesta por Berthelot y desarrollada por Nersnt, que indica
que a presión y temperatura constantes, la concentración del soluto entre dos fases inmiscibles constante
cuando se ha alcanzado el equilibrio. La constante termodinámica involucrada en este equilibrio se denomina
constante de partición o de reparto, se expresa como: (Marcilla, 1999)
ó
donde: KD = constante de equilibrio, de reparto o de distribución
Co = concentración del soluto (g/mL) en la fase orgánica
So = solubilidad del soluto (g/mL) en la fase orgánica
Ca y Sa = concentración y solubilidad en la fase acuosa, respectivamente.
La extracción no es totalmente cuantitativa ya que siempre queda una pequeña fracción sin extraer, por esto es
importante conocer las características de la muestra de interés y del disolvente orgánico a utilizar, esto con el fin
de maximizar el porcentaje de extracción. El número de extracciones necesarias en cada caso particular,
depende del coeficiente de reparto y de los volúmenes de agua y de disolvente.
Otro aspecto de interés en las extracciones es el pH de la fase acuosa, ya que de este depende la forma en que
se encuentra la muestra en la matriz, afectando positiva o negativamente la extracción.
Los principales campos de aplicación de la extracción son los siguientes:
• Como sustituto de la destilación o evaporación, cuando las sustancias a separar son químicamente
diferentes. Además cuando la sustancia a separar puede descomponer térmicamente.
• Para separaciones que no son fáciles o posibles por otras técnicas. Por ejemplo la separación de
hidrocarburos aromáticos y parafínicos de pesos moleculares próximos (y por tanto parecidos puntos de
KD = Co
Ca
KD = So
Sa
52
ebullición) es muy sencilla por extracción con distintos disolventes, como el dióxido de azufre y dietilen
glicol, pero es prácticamente imposible por destilación ya que las presiones de vapor son muy parecidas.
• Muchos productos farmacéuticos (como la penicilina) se obtienen de mezclas tan complejas, que su
separación solo es posible por extracción. (Laitinen, 1982)
Equipo utilizado
1. Extracciones sencillas y múltiples
El embudo de separación que se muestra en la Fig. 1, es el instrumento utilizado para extracciones sencillas y
múltiples. Debe asegurarse el buen estado de este antes de realizar el ensayo para evitar pérdidas de material,
por ejemplo compruebe que no hayan fugas, revise que el tapón y la llave estén bien ajustados, y si esta última
es de vidrio lubricarla con grasa antes de cada uso es lo más recomendado.
Figura 4.1. Embudo separador utilizado en las extracciones líquido-líquido. Imagen disponible en:
https://encrypted-tbn2.google.com/images?q=tbn:ANd9GcTogm _31E_Mz3IpIX6EZAZ36al-gtNlYALZHWU-Bgfj5PB80x_B6A.
El embudo separador se debe manipular con ambas manos ya que, con una se asegura el tapón y con la otra
se utiliza la llave. Es importante que durante la extracción se elimine la presión interior del embudo, esto se
logra girándolo de forma vertical y agitando un par de segundos, seguidamente se abre la llave para liberar la
presión. Cuando la presión del embudo se reduce notoriamente, se aseguran el tapón y la llave para agitar
durante uno o dos minutos. Finalmente se coloca el embudo en la posición inicial utilizando un aro metálico y
un soporte, se retira el tapón y se deja reposar para lograr la separación de las dos fases.
Después de la separación, se abre la llave para liberar la fase inferior, la superior se saca por la boca del
embudo, previniendo así posibles contaminaciones. Es recomendable que no deseche ninguna fracción antes
de terminar la práctica, sino hasta que compruebe que obtuvo el producto deseado con el rendimiento
esperado.
53
Figura 4.2. Sistema de extracción.
Es usual que se formen emulsiones en el embudo separador, especialmente cuando se utilizan disoluciones
alcalinas. Dichas emulsiones se pueden eliminar o disminuir con una agitación suave, sin invertir el embudo.
También se puede saturar la fase acuosa con cloruro de sodio, o si es posible con una centrifugación.
Figura 4.3. Giros en el embudo separador para “rompimiento” de emulsiones
54
2. Extracciones continuas.
Cuando se forman emulsiones difíciles de controlar o cuando el coeficiente de reparto es muy pequeño, se
requiere un número grande de extracciones para separar el compuesto de interés, es preferible utilizar un
aparato de extracción continua líquido-líquido. Para esto existen dos tipos de sistemas: uno se usa cuando el
disolvente es más ligero que el agua (por ejemplo. éter) y otro diferente cuando el disolvente es más pesado
que el agua (por ejemplo. cloroformo o diclorometano).
La extracción de un sólido en un líquido caliente se realiza utilizando un aparato Soxhlet, que es un sistema de
extracción continua. Este se emplea cuando la sustancia a extraer está contenida en un material sólido, en
este, el disolvente hierve con suavemente el matraz mientras sus vapores ascienden por el tubo lateral, se
condensan en el refrigerante y el condensado cae por gravedad goteando a través del sólido. La parte soluble
cae al matraz de calentamiento. Esta técnica es muy usada para aislar sustancias naturales de origen vegetal,
o bien, de mezclas resinosas obtenidas por síntesis.
También puede emplearse un método directo, calentando el sólido con el disolvente en un matraz y colocando
un refrigerante en posición vertical para que se condense el disolvente que está hirviendo y no se pierda. (A
esta operación se le llama calentamiento a reflujo), hasta que el producto deseado se encuentre disuelto en
dicho disolvente.
Figura 4.4. Esquema de un extractor Soxhlet. Imagen disponible en http://organica1.org/1311/1311pdf8.pdf
Cromatografía
A inicios del siglo XX, el botánico ruso Mikhail Tswett dió origen al concepto de cromatografía, palabra que proviene
de la unión de los vocablos griegos chroma (color) y graphein (escritura). Él separó varios pigmentos vegetales
55
utilizando una columna de vidrio rellena con carbonato de calcio y observó la separación por medio de secciones
coloreadas. (Skoog, 2008)
La cromatografía comprende un grupo importante de métodos utilizados para separar componentes en mezclas
moleculares complejas que dependen básicamente de las afinidades diferenciales de los solutos entre dos fases no
miscibles. Una de las fases es un lecho fijo de gran área superficial, mientras que la otra es una fase móvil (un
líquido, un gas o un fluido supercrítico) el cual se mueve a través de la superficie de la fase fija. Dichas fases se
eligen considerando la afinidad del soluto, buscando así la distribución de la muestra de una forma distinta entre
ellas. La afinidad relativa de los solutos por cada una de las fases debe ser reversible para asegurar que ocurra
transferencia de masa durante la separación cromatográfica.
A) Fase móvil o Eluyente.
Es el fluido que arrastra la mezcla a través de la fase y permite la separación en función del tiempo y la distancia.
Esta es de gran importancia ya que se puede cambiar esta variable fácilmente y así mejorar la separación. La
polaridad de la fase móvil es la característica determinante ya que dependiendo de la afinidad que tenga respecto a
la fase estacionaria se puede variar el tiempo del análisis, además se puede combinar varios tipos de fluidos para
generar una mezcla capaz de realizar la separación. En la siguiente tabla se encuentran los disolventes más
utilizados en cromatografía de acuerdo a su polaridad creciente.
1. Éter de petróleo 10. Acetato de etilo
2. Ciclohexano 11. Acetona
3. Disulfuro de
carbono
12. 2-butanona
4. Tetracloruro de
carbono
13. 1-butanol
5. Dicloroetano 14. Etanol
6. Benceno 15. Metanol
7. Cloroformo 16. Agua
8. Éter etílico 17. Ácido acético
9. Tetrahidrofurano 18. Piridina
Cuadro 1.Disolventes más utilizados en cromatografía como fase móvil de acuerdo a su polaridad.
56
B) Fase estacionaria
Es la fase que permanece inmóvil dentro de la columna, normalmente un líquido viscoso enlazado químicamente a
las paredes interiores de un tubo capilar o a la superficie de las partículas sólidas empaquetadas dentro de la
columna, conocidas como soporte. Dentro de las características deseables en la fase estacionaria se destacan su
gran superficie, inactividad para con la fase móvil utilizada (no deben reaccionar) y debe ser capaz de establecer
fuerzas de atracción diferentes sobre los distintos componentes de la mezcla a separar.
Las fuerzas de atracción pueden dar origen a dos fenómenos: Adsorción y Absorción.
ADSORCIÓN
Es un fenómeno superficial de retención de una especie química por parte de puntos en un sólido, quedando
retenida la especie.
ABSORCIÓN
Es un fenómeno químico que genera la retención de una especie química por parte de una masa, debido a la
afinidad que tiene ésta a formar una mezcla con el soporte o fase estacionaria.
En el caso de adsorción el componente queda en la superficie interfacial; por el contrario en la absorción el
componente queda en la superficie interfacial para pasar a la masa de la sustancia que lo retiene.
SOPORTE
Este debe ser químicamente inerte y su polaridad es esencial para una separación exitosa. Se encuentran soportes
no polares, como el carbón activado y ciertas resinas orgánicas; soportes polares como la alúmina, gel de sílice,
celulosa, almidón, azúcares, etc. Los compuestos polares serán retenidos en soportes polares. De igual forma, los
compuestos no polares serán poco retenidos por el soporte y más fácilmente arrastrados por el eluente.
Las diferentes técnicas cromatográficas permiten:
Separar una o varias especies presentes en una mezcla.
Identificar sustancias desconocidas.
Purificar o comprobar la pureza de un compuesto.
Observar cualitativa y cuantitativamente del desarrollo de una reacción.
La cromatografía se divide en dos tipos de acuerdo con el fenómeno que tenga mayor relevancia en cada caso.
CROMATOGRAFÍA DE PARTICIÓN
El tiempo y la efectividad a la hora de separar las sustancias de interés se basa en las distintas solubilidades en
fases distintas. La diferencia en la rapidez de interacción de la sustancia con un líquido estático y otro el movimiento,
57
se explica con los coeficientes de partición, KD, que se relaciona con aquella regla empírica, similar disuelve a
similar.
Una especie que resulta muy afin en la fase estacionaria y poco en la fase móvil (KD < 1), correrá lentamente por el
soporte, mientras que otra que es poco afin en la fase estacionaria y muy afin en la fase móvil (KD > 1) se separará
fácil y rápidamente.
CROMATOGRAFÍA DE ADSORCIÓN
La separación se da gracias a la capacidad de adsorción de los componentes de una mezcla sobre la fase
estacionaria. La fase estacionaria es, generalmente, un sólido polar de gran superficie (adsorbente), mientras que
la fase móvil es un gas o un líquido dando otros subtipos de cromatografìa (gas-sólido o líquido-sólido). La
separación de los componentes se logra por la competencia establecida entre el soluto y las moléculas de la fase
móvil, por adsorberse a la fase estacionaria.
La naturaleza y superficie específica de los adsorbentes son determinantes a la hora de elegir la fase estacionaria.
La cromatografía sobre alúmina o gel de sílice retenida sobre una placa de vidrio, es un ejemplo de cromatografía de
adsorción.
CROMATOGRAFÍA DE CAPA FINA
La cromatografía de capa fina consiste en la preparación de una capa de un absorbente sobre una placa, la cual
puede ser de vidrio, aluminio u otro soporte. La fase móvil es líquida y poco polar, mientas que la fase estacionaria
es un sólido polar, permitiendo que los componentes que se desplazan rápidamente los menos polares.
La mezcla a analizar se deposita a 1 cm de distancia del borde inferior de la placa y se introduce en un recipiente
con la fase móvil, esta asciende a lo largo de la placa por capilaridad, desplazando a los componentes de la mezcla
a diferentes velocidades, permitiendo su separación. Cuando el frente del disolvente se encuentra próximo al
extremo superior de la placa esta se saca y se visualiza.
CÁLCULO DEL RF
El valor Rf, se calcula midiendo y relacionando la distancia recorrida por el compuesto (a) y la recorrida por el
eluente (b) en el mismo tiempo, (Fig. 4.1)
Figura 4.5. Determinación del Rf.
58
El Rf se ve afectado por la calidad del papel, pureza del disolvente, influencia de la temperatura, humedad
ambiental, el tamaño de las partículas del soporte, entre otros.
No siempre la separación puede observarse a simple vista, por esto se usan agentes reveladores que permiten
detectar los compuestos. Existen varios tipos de reveladores, los hay destructivos, como lo es la combustión; los hay
de reacción química, como por ejemplo el rociador de ninhidrina para detectar aminoácidos, y los hay de excitación
electrónica como las lámparas de luz ultravioleta. Otro revelador muy utilizado es el que emplea vapores de yodo
para evidenciar los compuestos orgánicos separados en la fase estacionaria.
Parte Experimental
Semana 1
I. Extracción
1. Triture dos tabletas del fármaco que le facilite su profesor, usando mortero y pistilo, asegúrese de realizar
una buena trituración ya que esto influirá en la cantidad extraída de los compuestos.
2. Al morterizado, adicione 40 mL de éter etílico y agite. Los tres componentes activos se disolverán, mientras
los excipientes no. Para remover estos últimos, filtre la disolución orgánica y recíbala en un beaker de 100 mL. Si
obtiene muy poco sólido y se mantiene en el fondo del recipiente, puede decantar el líquido en vez de filtrarlo.
Deposite el filtro con el sólido en un recipiente de desechos del grupo 8.1
3. Deposite la fase orgánica en un embudo separador con la llave cerrada.
4. Adicione lentamente 10 mL de una disolución acuosa de K2HPO4 1 M, dejándola resbalar por las
paredes. Agite suavemente de acuerdo con las instrucciones dadas por su profesor de laboratorio. Asegúrese de
liberar la presión interna del embudo luego de cada agitación. PRECAUCIÓN: utilice los lentes de laboratorio en
todo momento.
5. Se formarán dos capas en el embudo separador. ¿Cuál capa corresponde a cada disolvente? ¿Cómo
puede emplear los datos de la tabla de constantes físicas para predecir este comportamiento? ¿De qué forma lo
podría determinar experimentalmente?
6. Destape el embudo para que se dé la formación adecuada de las dos capas.
7. Drene la fase inferior depositándola en un beaker rotulado como 1, ¿cuál es la sustancia que se
encuentra disuelta?
59
8. Realice una segunda extracción con KH2PO4, para esto, repita los pasos 2 al 6.
9. A la capa que se mantiene en el embudo de separación, adicione 10 mL de KOH 1 M. Mezcle las fases
nuevamente, y deposite la capa inferior en un beaker rotulado como 2, ¿cuál es la sustancia que se encuentra
disuelta en esta fase?.
10. Repita la extracción utilizando otra porción de disolución de KOH, y depositándola en el beaker 2.
11. Lave la fase que se mantiene en el embudo separador con una porción de 10 mL de disolución saturada
de NaCl. Descarte la fase acuosa.
Deposite la disolución de NaCl en un recipiente de desechos del grupo 5.2
12. Coloque la fase orgánica en un beacker rotulado con el número 3 y adicione dos puntas de espátula de
sulfato de sodio anhidro como desecante. Deje reposar por 10 minutos.
Deposite el Na2SO4 en el beaker de desechos del grupo 8.1
13. Concentre la fase orgánica usando un evaporador rotatorio, o deje en reposo hasta la próxima sesión de
laboratorio para evaporar el disolvente.
14. Adicione 4 mL de ácido clorhídrico 6 M al beaker 1, mida su pH con papel indicador universal. Si el pH de la
disolución se encuentra por encima de 5, adicione 5 gotas más o las que sean necesarias hasta alcanzar dicho pH y
deje reposar por 5 minutos.
15. Esta disolución tiende a sobresaturarse. Raspe las paredes del recipiente con el agitador de vidrio y agite
constantemente hasta que observe la aparición de un sólido.
16. Deje el beaker en un estante hasta la próxima semana. Recuerde rotularlo correctamente, para lo cual
deberá incluir los nombres de los integrantes del grupo, el nombre del curso, la fecha y el contenido del beaker.
17. Repita el paso 14 utilizando el beaker 2, pero adicionando inicialmente 3 mL de ácido clorhídrico 6 M
(puede medir de forma fácil este volumen vertiendo tres veces el contenido de un gotero tras aspirar la disolución).
Recuerde rotularlo igual que el otro beaker y guardarlo.
60
Semana 2
I. Extracción (continuación)
18. Filtre al vacío los sólidos obtenidos en la semana anterior.
Deposite los filtrados en un beaker de desechos del grupo 2. Además, usando la
pizeta, realice un lavado con agua a los beakers y kitasato y deposítelos en el mismo
recipiente de desechos.
19. Coloque una muy pequeña porción de cada sólido en tubos de ensayo distintos, y adicióneles 10 gotas de
acetona. Agite. Si el sólido no se disuelve, adicione otras 10 gotas o la cantidad necesaria hasta completar la
disolución. Se asumirá que estos sólidos están “puros” por lo que se utilizarán como patrones de comparación
para la cromatografía.
Al final de la práctica, deseche los sólidos que no disolvió junto con los filtros en
el recipiente de residuos 8.1
II. Cromatografía de capa fina
20. Repita el punto 1 del procedimiento de la Semana 1, pero utilizando sólo una pastilla y 20 mL éter etílico.
21. Tome cuatro placas para cromatografía con gel de sílice de 2 x 5 cm. Utilizando un lápiz, dibuje
suavemente una línea a 1 cm de la base de cada una de las placas.
22. Prepare las cámaras de cromatografía. Para esto deberá verter un pequeño volumen de cada uno de los
eluentes a probar en beakers de 50 mL. Asegúrese de que el nivel del eluente se encuentre por debajo del nivel
donde se ubica la marca del lápiz. ¿Por qué es necesaria tener esta precaución? Los eluentes a probar son:
hexano, éter etílico, éter etílico:hexano 1:2 y éter etílico:hexano 2:1, todos con ácido acético al 1%. ¿Cómo se
relaciona la presencia del ácido con las características ácido-base de las sustancias a separar?
23. Tape los beakers con vidrios de reloj.
24. Con la ayuda de un tubo capilar, aplique una microgota del extracto obtenido en el punto 1 de esta sección
sobre la línea que dibujó en las placas cromatográficas. La aplicación no debe tener un diámetro mayor a 3 mm.
25. Evapore el disolvente de la aplicación e introduzca las placas en cada uno de los frascos con los eluentes.
Tápelos para desarrollar el cromatograma y no los mueva.
26. Saque la placa cuando el eluente se encuentre entre 0,5 y 1 cm del borde superior de la placa.
Inmediatamente, dibuje con suavidad una marca con lápiz para indicar la ubicación del solvente. Deje que el
61
solvente se evapore, esto puede tomar entre 30 segundos y 1 minuto, aproximadamente.
27. Exponga las placas a un revelador UV de 254 nm, use un lápiz para marcar la posición y tamaño de cada
uno de los puntos. Calcule el Rf de cada una de las sustancias.
28. Dibuje en el siguiente espacio los resultados de su cromatograma y determine cuál es el mejor eluente.
¿Cómo lo justifica?
Hexano Éter etílico:hexano 1:2 Éter etílico:hexano 2:1 Éter etílico
29. Tome otra placa para cromatografía y dibuje la línea a 1 cm de la base. Realice además cuatro marcas
sobre dicha línea que sean equidistantes entre sí.
30. Coloque en la placa, específicamente en cada una de las marcas, una microgota de cada una de las
disoluciones preparadas en el punto 18 de la primera parte. Recuerde el orden en que las colocó. Además,
coloque en la cuarta marca una microgota de la disolución obtenida en el punto 1 de esta sección.
31. Introduzca la placa en el frasco que contiene el eluente que usted determinó que separa mejor la mezcla.
Permita que se desarrolle el cromatograma y obsérvelo bajo luz UV.
32. Con base en la ubicación de las marcas de cada una de las disoluciones patrón, determine a qué
sustancia química se atribuyen.
Deposite el extracto etéreo y el éter usado como fase móvil en un beaker del
grupo 4.3
Deposite los sólidos de la pastilla insolubles en éter en un beaker rotulado y las
placas cromatográficas en el recipiente de desechos 8.1
62
Deposite las disoluciones acetónicas de los componentes del Fármaco, el hexano
usado como eluente y las mezclas de éter etílico y acetona en un beaker del grupo
4.3
III. Cromatografía de Columna
La cromatografía en columna se realizará de forma demostrativa por parte del profesor.
33. Coloque en el fondo de una columna de 40 cm. de largo por 2 cm. de diámetro un pequeño trozo de
algodón, luego rellene la columna con una mezcla de sílice y el eluente (realizar la mezcla hasta obtener una
consistencia adecuada) poco a poco y aplicando vacío o dando pequeños golpes a la columna para asegurarse
que quede bien compactada.
34. Coloque la columna empacada en un soporte con ayuda de una prensa universal.
35. Coloque 10 gotas de la mezcla fluoresceína-azul de metileno sobre la superficie de la columna de sílice,
con el cuidado de no deformar el empaquetamiento, inmediatamente abra la llave inferior de la columna y
agregue poco a poco el etanol sobre la columna con la ayuda de un gotero o un embudo de extracción. Observe
como se da la separación de los componentes de la mezcla. Nota: No permita que la columna se seque
mantenga un flujo continuo del eluente.
36. A medida que uno de los compuestos de la mezcla alcance el extremo inferior de la columna, recoléctelos
en diferentes recipientes.
37. Exponga la Fluoresceína a la luz ultravioleta y observe su propiedad fluorescente.
Figura 4.6. Cromatografía de columna
63
Gestión de desechos:
Deposite los residuos de Fluoresceína en el recipiente de desechos 4.1.
Orgánicos no halogenados
Deposite los residuos de la mezcla etanol+ sílice + azul de metileno en el
recipiente de desechos 4.2. Orgánicos no halogenados
CUESTIONARIO
1. Defina coeficiente de reparto o de distribución.
2. El cloroformo es un disolvente que sirve para extraer la cafeína de sus disoluciones acuosas. El
coeficiente de reparto, KD, es igual a 10. ¿Qué relación han de tener los volúmenes de cloroformo y agua en
una extracción par que con una sola operación se extraiga el 90% de la cafeína?
3. Describa en términos de fuerzas intermoleculares, el efecto salino
4. Cuando se extrae una disolución que contiene 4 g de ácido butírico en 100 mL de agua con 50 mL de
benceno a 15ºC, pasan a la fase orgánica 2.4 g del ácido. ¿Cuál es el valor del coeficiente de reparto para
el ácido butírico en benceno:agua a 15ºC?
5. Con referencia al Index Merck, indique ¿cuáles de los siguientes compuestos son miscibles en agua y
cuál puede servir como disolvente de extracción para disoluciones acuosas? NOTA: la solubilidad en agua
debe ser menor de 10g/100g de agua
a. acetona b. tolueno c. tetracloruro de carbono d. acetato de etilo
6. Indique al menos tres propiedades que debe poseer un disolvente para ser utilizado en una extracción
por disolventes inmiscibles.
7. Si 100 g de benceno disuelven 5.5. g de cafeína y 100 g de agua disuelven 2.2 g de cafeína; calcule la
cantidad de cafeína que puede ser extraída de 600 g de agua en los cuales hay disueltos 5 g de cafeína.
Muestre los cálculos del porcentaje de cafeína extraída.
a. Una extracción con 200 g de benceno
b. Dos extracciones con 100 g de benceno cada una.
8. Explique: ¿cuál de los métodos es más eficiente: varias extracciones con cantidades pequeñas del
disolventes inmiscible, o una extracción con la cantidad equivalente del disolvente?
64
9. ¿En qué consiste el precipitado que se forma al agregar la disolución de acetato de plomo? Escriba una
ecuación química para tal efecto.
10. ¿Por qué se debe destapar siempre el embudo de separación cuando se esta drenando a través de la
llave, el líquido que contiene?
11. Si usted no conoce las densidades relativas de las fases orgánica y acuosa, ¿cómo podría saber
experimentalmente cuál es cada una de ellas?
12. Suponga que tiene una mezcla con un compuesto ácido, uno neutro y uno básico. Haga un esquema de
separación indicando los reactivos y las operaciones que realizaría para obtener cada uno de los
compuestos completamente puro. Escriba todos los pasos involucrados en el proceso.
13. ¿Cuándo se debe utilizar la extracción continua o la semicontinua?
14. Describa el funcionamiento de un evaporador rotatorio.
15. ¿Por qué se utiliza sulfato de sodio (Na2SO4) y no cloruro de calcio (CaCl2) para secar los extractos de
la cafeína?
1. ¿Para qué clase de compuestos se utiliza de preferencia la cromatografía de papel?
2. ¿Se puede utilizar la cromatografía de papel para fines preparativos?
3. ¿Qué importancia tiene la cromatografía de capa fina?
4. ¿Cómo se relaciona la eficiencia de la cromatografía de adsorción con el grado de subdivisión del
material adsorbente?
5. Si se dispusiera solamente de los disolventes diclorometano y etanol para desarrollar un cromatograma y
resultara que con diclorometano no existe desplazamiento de la mezcla a separar y con etanol se da un
desplazamiento de todos los componentes con el frente móvil, ¿estarían agotadas todas las posibilidades
de realizar una separación cromatográfica usando únicamente los dos disolventes antes mencionados?
6. ¿Cómo se utilizan en la práctica los valores de Rf?
7. ¿Por qué es de suma importancia conocer el papel que juega el eluente en los procesos
cromatográficos?
8. ¿Por qué en la cromatografía de gas, la separación de los componentes de una mezcla se efectúa
mucho mejor?
9. Describa el funcionamiento de una columna cromatográfica.
65
10. Si tuviera que hacer una separación de más de 10 g de una mezcla, ¿que tipo de cromatografía es el
más recomendable y por qué?
11. ¿Por qué, antes de desarrollar el cromatograma, debe dejarse un papel de filtro empapado con la fase
móvil durante cierto rato, pegado en las paredes internas del recipiente usado en la cromatografía de placa
fina?
12. ¿A qué se conoce como xantofila, clorofila y caroteno?
13. ¿Qué se entiende por adsorción, eluente y cámara de desarrollo?
¿Qué es cromatografía bidimensional? Explique con un ejemplo.
14. ¿Qué sucedería en el proceso de separación, si la boca de salida, en la cromatografía de columna, es
muy grande y la salida del eluente es muy rápida?
66
5. Determinación de Punto de Ebullición
Objetivos
1. Conocer la importancia de la determinación de punto de fusión como parámetro de pureza en una
síntesis orgánica.
4. Aprender cómo se determina un punto de fusión utilizando la metodología del tubo de Thiele.
Marco Teórico
Cada líquido tiene un punto de ebullición característico, que se puede utilizar para su identificación. No obstante, debido
a su marcada dependencia con la presión y a los errores a que pueden conducir las impurezas, es menos seguro y útil
en caracterizaciones y como criterio de pureza que el punto de fusión en los sólidos.
El punto de ebullición de una sustancia depende directamente de la masa de sus moléculas y de la intensidad de las
fuerzas atractivas entre ellas. Así en una serie homóloga, los puntos de ebullición de cada compuesto aumentan
regularmente con el peso molecular, ya que al aumentar el número de átomos en la molécula, aumentan la fuerzas de
Van der Waals entre ellas. Esto puede comprobarse en la tabla siguiente:
Tabla 5.1. Puntos de ebullición de diferentes alcoholes
Nombre del compuesto Fórmula p.e. (ºC)
Metanol CH3-OH 65
Etanol CH3-CH2-OH 78
n-Propanol CH3-CH2-CH2-OH 97
n-Butanol CH3-CH2-CH2-CH2-OH 118
Los líquidos polares tienden a hervir a temperaturas más altas que los no polares de igual peso molecular. Los
compuestos polares que se asocian entre sí mediante puentes de hidrógeno hierven a temperaturas más altas que los
que no pueden asociarse, como puede verse en la tabla siguiente:
Tabla 5.2 Comparación de la variación del punto de ebullición de diversos compuestos de diferente polaridad
Nombre del compuesto Fórmula p.e. (ºC)
n-Propanol CH3-CH2-CH2-OH 97
Acetona CH3-CO-CH3 56
67
Propanol CH3-CH2-CH3 -42
Determinación del Punto de Ebullición
NO se debe introducir el termómetro con el tubo y la muestra de tal forma que la banda de hule quede sumergida en
el ftalato de dibutilo. )Por qué? no se debe llenar demasiado el tubo de Thiele con el ftalato de dibutilo ya que
cuando se calienta, el aceite se dilata y puede derramarse, lo cual constituye un serio problema ya que es inflamable
y tóxico. Fig. 5.1
Otro sistema para determinar el punto de ebullición, es un tanto más simple y requiere de un simple beaker al cual
se le agrega un poco del ftalato de dibutilo, pero para mantener la distribución homogénea del calor se necesita
agitación manual, con una varilla de vidrio. Aquí tampoco se debe introducir la banda de hule en el aceite.
Fig. 5.1. Representación gráfica del sistema empleado para la determinación del punto de ebullición, mediante el
método micro
Parte Experimental
I. Determinación de un punto de ebullición (método semi-micro) de una muestra incógnita
1. En un tubo de ensayo 5 x 50, introduzca un tubo capilar de forma invertida, esto es, con el extremo cerrado
hacia arriba (como se muestra en la Fig. 5.1)
2. Agregue al tubo de ensayo con el capilar 30 gotas del líquido cuyo punto de ebullición se desea determinar.
68
3. Fije el tubo de ensayo al termómetro con una banda de hule como se observa en la figura 5.1.
4. Agregue el Ftalato de dibutilo al tubo de Thiele hasta de 2 cm por encima de la curvatura.
5. Introduzca el termómetro con el capilar en el tubo de Thiele y sujete ambas partes con presas universales a
un soporte. Observe (Fig. 5.5). Nota: Verifique que el sistema se encuentre bien sujetado al soporte.
6. Caliente el ftalato de dibutilo colocando el mechero en el codo del tubo de Thiele, hasta que observe que
del capilar sale una rápida y continúa corriente de burbujas. Retire la llama y anote la temperatura en el
instante en que dejan de salir burbujas del capilar y justo antes de que el líquido entre en él. Esta
temperatura corresponde al punto de ebullición de la sustancia seleccionada.
7. Realice el procedimiento anterior para su muestra incógnita por duplicado
Nota: Recuerde que bajo ninguna circunstancia debe verter el ftalato de dibutilo en la pila, ni debe lavar la pistola de
Thiele
. Gestión de desechos:
Deposite los capilares en el recipiente de desechos 8 Sólidos
. Gestión de desechos:
Deposite los residuos de las incógnitas en el recipiente de desechos 4 Orgánicos no
halogenados
69
6. Destilación de un vino (determinación del grado de
alcohol)
Objetivos
1. Conocer una técnica de separación que se utiliza frecuentemente en los laboratorios de química y en la in-
dustria, como en la obtención de agua destilada, de licores destilados (brandy, whisky...) y en la separación
de numerosos compuestos orgánicos.
2. Establecer las diferencias y ventajas entre la destilación simple y la destilación fraccionada.
3. 1. Definir el concepto punto de ebullición
4. 2. Conocer la utilidad de la destilación como método general de separación y purificación de compuestos
orgánicos.
5. 3. Comparar la efectividad de la destilación simple y la destilación fraccionada.
6. 4. Realizar una destilación a presión reducida.
7. 5. Saber cuándo se debe emplear cada uno de los diferentes tipos de destilación.
8. 6. Realizar una determinación de punto de ebullición semi-micro.
Marco teórico
I. La Destilación
La destilación es una de las principales técnicas para purificar líquidos volátiles, es la operación que se realiza para
separar una mezcla de dos líquidos miscibles, o una disolución de sólido en líquido. Consiste en el calentamiento a
ebullición de la mezcla, y la posterior condensación de los vapores formados. El líquido que se obtiene en la
condensación será más rico en el componente más volátil, que el líquido que permanece en el matraz.
En su forma más simple, permite separar un líquido de sus impurezas no volátiles. Con una destilación simple
también se puede conseguir una separación aceptable de dos líquidos si tienen puntos de ebullición muy diferentes.
En la destilación se calienta la mezcla líquida, de tal manera que se produce la ebullición (en el matraz de
destilación) y los vapores producidos se conducen a una zona fría (el refrigerante) donde condensan
constituyendo el destilado (el cual se deja caer en el colector). Si se trata de la mezcla de un líquido con un sólido
no volátil, el destilado es el líquido puro, mientras que el sólido queda en el matraz como residuo.
70
Si se trata de la mezcla de dos líquidos con puntos de ebullición diferentes, al empezar a hervir la mezcla se
producen vapores que son más ricos en el componente más volátil (el de menor punto de ebullición) y así el residuo
en el matraz se va enriqueciendo en el otro. A medida que el componente más volátil va desapareciendo, la
temperatura de ebullición de la mezcla en el matraz va aumentando y los vapores que se producen van siendo más
ricos en el componente menos volátil. Recogiendo el destilado en diferentes colectores según los tramos de
temperatura a la que los vapores entran en el refrigerante, se pueden obtener fracciones de diferente composición y,
si los puntos de ebullición de los dos líquidos difieren mucho, puede ser que la fracción de cabeza (la primera)
contenga el líquido más volátil prácticamente puro, y la de cola (la última), el menos volátil.
Hay que tener en cuenta, sin embargo, que la mezcla en el matraz puede ser un azeótropo, que es como se designa
a una mezcla que hierve a temperatura constante porque produce vapor de la misma composición que el líquido, y
en consecuencia la mezcla se comporta en la destilación como si fuera una sustancia pura y la composición del
destilado y de la mezcla en el matraz, no varían por más que avance la destilación. Un azeótropo corresponde a una
composición definida y su punto de ebullición puede ser o bien más bajo que los de cualquiera de los componentes,
o bien más alto.
Un vino es una mezcla muy compleja; contiene agua, etanol, azúcares, ácidos orgánicos, pigmentos (que le dan
color) y otros ingredientes. Los componentes volátiles que se encuentran en cantidad considerable son precisamente
el agua y el etanol, cuyos puntos de ebullición son, respectivamente, 100,0 °C y 78,3 °C. Ambos pueden formar un
azeótropo que hierve a 78,2 °C y cuya composición es 96 % de masa de etanol (97 % en volumen). En el vino, el
contenido en alcohol se expresa en porcentaje de volumen y es algo mayor del 10 %. En la destilación de vino no se
puede obtener ninguna fracción que contenga alcohol al 100 %, debido a que el “componente” más volátil es
precisamente el azeótropo.
En esta práctica no se van a obtener fracciones; lo que se hará es destilar todo el etanol contenido en la muestra,
con la intención de determinar el contenido de alcohol de ese vino.
Esta determinación sirve para cuantificar el grado alcohólico de vinos, cervezas, sidras... sin más que tener en
cuenta que para bebidas espumosas como cerveza, cava, etc., debe eliminarse previamente el CO2 libre,
trasegándolas repetidamente entre dos vasos de precipitados.
En realidad lo que se determinará directamente es el contenido de alcohol en una mezcla de etanol y agua que
remeda al vino que ha sido destilado. Para ello, se destilará hasta obtener todo el alcohol del vino y se le añadirá
agua destilada hasta completar el volumen de la muestra de vino que se ha empleado. Entonces se sumergirá un
alcohómetro en la disolución etanol-agua y en su escala se leerá directamente el grado alcohólico aproximado,
también se conocen como densímetros.
Fig. 6.1. Alcoholímetro
71
Este método de medida está basado en que la densidad de la mezcla depende de su composición y un alcohómetro
no es más que un densímetro cuya escala tiene “traducidos” los valores de densidad a valores de porcentaje de
alcohol.
Fig 6.2. Equipo de destilación simple
Fig 6.3. Equipo para destilación fraccionada
72
Como el líquido hierve cuando su tensión de vapor se iguala a la presión exterior, si un líquido tiene una tensión de vapor
muy alta, de forma que su punto de ebullición es muy elevado, se puede destilar a presión reducida, con lo cual hervirá a
temperatura más baja. Esta técnica de destilación a presión reducida se emplea para líquidos que se descomponen
antes de alcanzar el punto de ebullición.
Para poder separar una mezcla de compuestos por destilación, es imprescindible que haya una diferencia considerable
entre sus puntos de ebullición (unos 80 ºC). Sin embargo las mezclas se separan mejor, incluso con menores diferencias
de temperaturas, utilizando la destilación fraccionada. Es ésta una técnica que nos permite hacer una serie de
pequeñas separaciones mediante una operación sencilla y continua. Se utiliza para ello una columna de destilación
fraccionada que proporciona una gran superficie para el intercambio de calor entre el vapor ascendente y el condensado
descendente. Esto posibilita una serie completa de evaporaciones y condensaciones parciales a lo largo de la columna.
CONSIDERACIONES PRÁCTICAS:
Destilación simple
Una sustancia orgánica pura, es fácilmente destilada con el aparato de destilación que se muestra en la figura 6.4.
Este consiste de un balón de destilación provisto de un termómetro y un condensador enfriado por agua. Para evitar
la ebullición tumultuosa o golpeteo, se debe colocar en el balón de destilación (junto con la sustancia a destilar) dos
o tres trozos de porcelana, produciéndose de esta manera una corriente constante de burbujas, que mantiene el
líquido en movimiento. Si la sustancia es volátil, el calentamiento se hace con baño de agua. El calentamiento debe
ser de tal forma que el flujo del destilado sea aproximadamente de 3 mL/min.
La destilación de una mezcla de líquidos orgánicos miscibles presenta una complicación se si compara con de un
componente simple, porque la presencia de otra sustancia influye sobre el punto de ebullición de la otra.
Por ejemplo, la adición de sal común al agua, eleva el punto de ebullición de ésta, lo que equivale a un descenso en
la presión de vapor; es decir, la tendencia de las moléculas a escapar ha sido disminuida.
La presencia de dos líquidos miscibles afectas sus tensiones de vapor recíprocamente, ninguno de los compuestos
destila independientemente del otro, en consecuencia, el destilado o vapor condensado contiene una mezcla de los
dos compuestos. Además, el punto de ebullición de la mezcla no es constante, sino que cambia durante la
destilación.
El etanol puro hierve a 78.3ºC y el agua a 100ºC cuando la presión es de 760 mmHg. La destilación de una mezcla
de partes iguales de estas dos sustancias da un destilado que es una mezcla de las dos y el punto de ebullición es
intermedio entre el del alcohol y el del agua. Las primeras porciones que destilan están constituidas en gran parte de
etanol y una pequeña cantidad de agua. Las últimas porciones, en cambio, serán principalmente agua. Es decir, la
destilación de mezclas produce un vapor que contiene un mayor porcentaje de la sustancia de bajo punto de
ebullición que el residuo del balón de destilación.
73
Si el destilado se recoge en porciones separadas y cada una de esas porciones se vuelve a destilar, las primeras
partes de cada destilación contendrán mayor proporción de etanol que la que contenían los primeros destilados.
Evidentemente, los últimos residuos serán más pobres en etanol que los primeros. La repetición de este proceso
resultaría, teóricamente, en una completa separación del agua y del etanol. El proceso de recoger fracciones
separadas de acuerdo con los puntos de ebullición, durante la destilación de mezclas de sustancias, se conoce
como destilación fraccionada. Un simple fraccionamiento rara vez da una completa separación, de aquí que el
refraccionamiento es usualmente necesario.
Destilación fraccionada
La destilación fraccionada se efectúa fácilmente con la ayuda de una columna de fraccionamiento. Se lleva a cabo el
proceso de fraccionamiento múltiple dentro de la misma. La volatilización y condensación repetidas dentro de la
columna, da por resultado una separación muy buena de los componentes de la mezcla.
El funcionamiento de una columna se ilustra en la figura 6.4. Los vapores de a y b, enriquecidos con el componente
más volátil (composición y1), que son generados en el balón de destilación, se condensan en el plato 1 (punto de
equilibrio líquido-vapor). La composición del líquido formado será naturalmente igual a la del vapor anterior. Si
destilamos nuevamente parte de este líquido y la recogemos en el plato 2, el líquido resultante estará más
enriquecido con el componente más volátil. Así sucesivamente llegaremos a un plato en que el componente más
volátil, estará prácticamente puro y la separación de los componentes es alcanzada.
Fig. 6.4. Funcionamiento de una columna de destilación fraccionada
74
Desde este punto de vista, podemos considerar la destilación fraccionada como una serie de destilaciones simples,
equivaliendo los platos8 de una columna, a varios aparatos de destilación simple conectados en serie. En este tipo
de destilación, mezcla iguales a la de la fig. 6.3, pueden ser separadas.
Algunas mezclas de líquidos miscibles, se desvían tanto del comportamiento ideal, que los diagramas de
composición y puntos de ebullición, presentan máximos y mínimos como en las figuras adjuntas . A tales mezclas se
les conoce como azeótropos. Estas mezclas no se pueden separar en sus constituyentes por destilación
fraccionada.
Tabla 6.3 Relación entre el peso específico y el porcentaje de alcohol en una mezcla etanol -agua
% C2H5OH en
volumen
Peso
Específico
%C2H5OH
en volumen
Densidad %C2H5OH
en
volumen
Peso
específico
0 1’0000 9 0’9875 18 0’9767
1 0’9985 10 0’9862 19 0’9756
2 0’9970 11 0’9850 20 0’9744
3 0’9956 12 0’9838 21 0’9733
4 0’9941 13 0’9826 22 0’9721
5 0’9927 14 0’9814 23 0’9710
6 0’9914 15 0’9802 24 0’9698
7 0’9901 16 0’9790 25 0’9686
8 0’9888 17 0’9778
8 La idea de un plato en una columna de destilación no está ligada directamente a la existencia de platos como lo
indicado en la figura 8. Un simple tubo funcionando como columna de destilación puede tener varios platos,
equivaliendo cada uno a determinada altura en el tubo. La condensación de los vapores en las paredes comprendidas
por esta altura se daría de una manera similar a un plato. De allí se define al plato en la columna de destilación como
plato teórico
75
Parte experimental
Destilación simple o fraccionada de un vino
8. Coloque 100 mL de la bebida alcohólica en un matraz de destilación simple o fraccionada (según se lo
indique su profesor) y agregue 50 mL de agua destilada.
9. Agregue unas perlas de vidrio o unos trozos de porcelana porosa, para evitar que la ebullición se realice a
borbotones.
10. Arme el equipo de destilación de la figura 6.2 destilación simple o de la figura 6.3 destilación fraccionada,
según se lo indique su profesor.
11. Mantenga el calentamiento de tal modo que la destilación sea lenta, pero sin interrupciones. Anote la
temperatura a la que comienza a destilar el alcohol.
12. Recolecte el destilado se recoge en un balón aforado de 100 mL, hasta las proximidades del cuello, y luego
afore con agua destilada y homogenice.
13. Lea el índice de refracción del destilado obtenido. Realice esta lectura utilizando un refractómetro
siguiendo los siguientes pasos (solicite ayuda de su profesor)
13.1. Conecte el refractómetro a la fuente de energía
13.2. Conecta la manguera de entrada del agua a la tubería, y regule el flujo de agua de forma que sea
continuo.
13.3. Anote la temperatura que indica el termómetro
13.4. Realice la calibración del equipo, colocando una gota de agua destilada en el prisma cierre la tapa
y acerque la fuente de luz. Observe la figura 6.5.
13.5. Observe el y coloque la línea en el puro centro del circulo (vea figura 6.6.). Anote el valor que
indica la escala (índice de refracción del agua) . Esto corresponde a la calibración del refractómetro
13.6. Luego limpie el porta muestras con agua destilada y seque con papel de celda.
13.7. Coloque una gota del destilado en el porta muestras y realice la lectura del índice de refracción.
Anote el valor y con la tabla de conversión que le indique su profesor calcule el % de alcohol.
14. Transfiera el contenido del balón a una probeta de 100 mL y coloque el densímetro. Anote la lectura
correspondiente.
15. Lea en la tabla que le indique su profesor, el porcentaje en volumen de alcohol en el destilado
correspondiente a su densidad.
16. Realice una comparación entre la determinación del porcentaje de alcohol con el densímetro y el
refractómetro
76
Fig. 6.5. Refractómetro
Fig. 6.6. Lectura en el Refractómetro
Gestión de desechos:
Deposite los residuos de la destilación en el recipiente de desechos 4 Orgánicos
no halogenados
77
CUESTIONARIO
¿Porqué no emplea el sistema de destilación fraccionada, si de acuerdo a los resultados obtenidos en la práctica de
destilación, esta es la más eficiente?
1. ¿Qué tipo de fuerzas electrostáticas intervienen en las atracciones intermoleculares?
2. ¿Cuál es la presión atmosférica en el laboratorio? ¿A qué temperatura hervirá el agua sometida a esta
presión?
3. Explique, ¿por qué al reducir la presión interna de un sistema, la temperatura de ebullición del líquido
baja?
4. ¿Será posible separar por destilación simple de dioxano-tolueno? Explique.
5. ¿Cómo varió la concentración del etanol a medida que aumentó la temperatura en la destilación simple?
¿Y en la destilación fraccionada?
6. Basado en el índice de refracción encontrado para la fracción escogida alrededor de los 82ºC en la
destilación fraccionada, ¿qué opina usted sobre la pureza del producto?
7. A ¿qué temperatura destiló el 1-octanol? Discuta este resultado con base en la regla empírica (variación
de la temperatura de ebullición con reducción de la presión).
8. ¿Puede usted verificar la composición de las diversas fracciones en la destilación simple y
fraccionada, a través del olfato?
9. ¿Valiéndose del índice de refracción, se puede concluir acerca de pureza de las diferentes fracciones?
10. ¿Por qué se le hacen inserciones al vidrio de la columna de destilación fraccionada?
11. El ftalato de dibutlo no es recomendado como líquido térmico, cuando los puntos de ebullición a
determinar son mayores de 250ºC ya que empieza a descomponerse a esa temperatura. ¿Qué otro tipo de
sustancias pueden emplearse en lugar del ftalato de dibutilo para determinar punto de ebullición mayores
de 250ºC?
12. ¿Por qué durante la determinación de puntos de ebullición, cuando dejan de salir burbujas del capilar, la
temperatura del baño corresponde al punto de ebullición?
78
13. Investigue ¿cómo se determinan los puntos de ebullición de las sustancias gaseosas a temperatura
ambiente?
14. ¿Cómo funciona un refractómetro?
79
7. Propiedades de los alcoholes
Objetivos
1. Estudiar algunas de la propiedades físicas y químicas de los alcoholes.
2. Conocer algunas de las pruebas analíticas para diferenciar los alcoholes de los demás grupos
funcionales.
3. Poder diferenciar un alcohol primario, secundario o terciario.
Marco Teórico
Los alcoholes pueden considerarse como derivados de los hidrocarburos en los que se ha sustituido un átomo de
hidrógeno por un grupo hidroxilo (-OH)
CH3CH3 CH3CH2OH
un hidrocarburo Un alcohol
Usualmente, se les considera como derivados del agua, donde uno de los átomos de hidrógeno ha sido sustituido
por un grupo alquilo (-R).De esta forma, el comportamiento físico y químico de los alcoholes es similar al del agua
en lo que se refiere al carácter ácido y básico.
Los alcoholes se clasifican en : alcoholes primarios, secundarios o terciarios de acuerdo con el número de grupos
alquilo unidos al carbono que se une al grupo hidroxilo.
R C
H
OH
H
R C
R'
OH
H
R C
R'
OH
R"
un alcohol un alcohol un alcohol
primario secundario terciario
80
La rapidez de reacción de los alcoholes, así como la naturaleza de los productos obtenidos en algunas reacciones,
puede justificarse se acuerdo con la anterior clasificación.
Un alcohol puede tener más de un grupo hidroxilo, por lo que reciben el nombre de dioles, cuando tienen dos
hidroxilos; trioles cuando poseen tres hidroxilos, etc.
Las propiedades físicas de los alcoholes comparadas con las de ciertos hidrocarburos de peso molecular similar,
presentan marcadas diferencias. Los hidrocarburos son sustancias no polares que poseen punto de fusión y de
ebullición relativamente bajos, debido al tipo de fuerzas intermoleculares que se dan entre sus moléculas, a saber,
fuerzas de Van der Waals; esto conlleva, a que sean solubles en disolventes poco polares como el tolueno, éter de
petróleo, tetracloruro de carbono, diclorometano, etc.
Los alcoholes por el contrario, cuentan con un grupo hidroxilo muy polar. La elevada electronegatividad del átomo de
oxígeno y su pequeño volumen atómico, le permiten concentrar la carga negativa polarizando tanto el enlace
carbono-oxígeno (C-O) como el enlace hidrógeno-oxígeno (O-H).
Como consecuencia de la formación de un dipolo, el grupo hidroxilo puede ser atraído electrostáticamente por
grupos hidroxilos de otras moléculas del alcohol. Con base en esto, los puntos de fusión y ebullición de lo alcoholes,
son más altos que los de los hidrocarburos de igual número de átomos de carbono. Es obvio que la energía
requerida para romper la interacciones moleculares en un alcohol, es más alta que la necesaria para romper las
fuerzas intermoleculares en los hidrocarburos.
Además, conforme aumenta el peso molecular en los alcoholes, la parte no polar predomina sobre la polar. Como
resultado de esto, las propiedades físicas de los alcoholes empiezan a parecerse a las de los respectivos
hidrocarburos.
La solubilidad de los alcoholes se puede decir que varía también conforme a la cadena hidrocarbonada presente, los
cuatro primeros son solubles en agua y los de mayor peso molecular son insolubles.
Así como el grupo hidroxilo determina las propiedades físicas de los alcoholes, de la misma manera, influye sobre
las propiedades químicas.
La reacción de un alcohol puede involucrar la ruptura de uno de los dos enlaces: el enlace C-O y el enlace O-H. En
el primer caso, se presenta un comportamiento similar a una base de Brönsted y en el segundo, como un ácido de
Brönsted; así, los alcoholes presentan comportamiento como anfóteros.
El carácter ácido de los alcoholes está influenciado por la presencia de grupos extractores o donadores de
electrones. Los alcoholes actuando como ácidos, reaccionan con los metales más activos, como por ejemplo el
sodio metálico. En esta reacción se produce hidrógeno gaseoso.
R-O-H + Na -----> R-O- Na
+ + 2 H2 (g)
81
La rapidez relativa de los diferentes alcoholes ante la reacción con sodio metálico, se da en el siguiente orden : 1º >
2º > 3º.
Los alcoholes cuando actúan como bases, aceptan un protón de los ácidos minerales fuertes para formar iones
alquiloxonio, ROH2+, análogos a los iones hidronio formados por el agua.
Según las condiciones experimentales, sobre todo la temperatura, la protonación puede ir seguida por siguientes
reacciones:
1. Deshidratación y formación de un alqueno (A)
R C
H
H
C
H
H
OH2+
R C
H
C
H
H
(A)
2. Deshidratación parcial, obteniéndose de esta forma un éter (B).
R C
H
H
C
H
H
OH2+
RCH2CH2OHR C
H
H
C
H
H
OCH2CH2R
(B)
3. Desplazamiento de una molécula de agua del ion alquioxonio por medio de un anión (sustitución
nucleofílica).
R C
H
H
C
H
H
OH2+
:NuR C
H
H
C
H
H
Nu
+ H2O
82
La reactividad relativa de los alcoholes actuando como bases de Brönsted, es
3º > 2º > 1º
Los alcoholes primarios y secundarios son también agentes reductores moderados por lo que reacciona con agentes
oxidantes comunes. Los alcoholes primarios se oxidan, primero a aldehídos y posteriormente a ácidos carboxílicos.
R C
H
H
C
H
H
OH
oxidaciónR C
H
H
C H
O
R C
H
H
C OH
O
oxidación
alcohol primario aldehído ácido carboxílico
Los alcoholes secundarios se oxidan a las cetonas correspondientes.
R C
R´
H
OH
oxidación
alcohol secundario cetona
R C R
O
83
Los alcoholes terciarios no se oxidan o no reaccionan.
R C
R´
R"
OH
oxidación
alcohol terciario
No reacciona
La estructura de los alcoholes terciarios imposibilita que se oxiden. La facilidad de oxidación de los alcoholes varía,
no sólo por la naturaleza del alcohol y del agente oxidante, sino que además por la concentración de ambos y del pH
del medio.
Una manera sencilla de identificar los alcohol metílicos secundarios, es por medio de la prueba de yodoformo. Bajo
esta prueba, el alcohol es oxidado a la sal del ácido carboxílico respectivo y el grupo metilo se transforma en
yodoformo, CHI3, un precipitado amarillo.
CH3 C
R
H
OH
Lugol (KI/I2)
alcohol secundario sal de un ácido yodoformo
R C O-Na
+
ONaOH
+ CHI3
84
En lo que se refiere a las propiedades espectroscópicas de los alcoholes, éstos presentan una banda de absorción
característica en el infrarrojo en la región de 3200 a 3600 cm-1
. Esta banda corresponde al alargamiento del enlace
O-H y se caracteriza por ser muy ancha y de gran intensidad. En la región de 1000 a 1200 cm-1
, se presenta una
banda intensa debida al estiramiento del enlace C-O. Como ilustración, se presenta el espectro infrarrojo del 2-
butanol.
Parte experimental
I. Solubilidad en agua
1. Adicione 1 mL de agua en un tubo de ensayo y añada gota a gota, con agitación constante, 1 mL de
metanol.
2. Realice la prueba de solubilidad anterior con los siguientes alcoholes: etanol; 1-propanol; 1-butanol;
iso-butanol; terc-butanol; 1-pentanol; 1-octanol. Anote sus observaciones.
Deposite los residuos de esta prueba en el recipiente de desechos rotulado 4.3
Orgánicos no halogenados
II. Propiedades ácidas
3. Coloque 1 mL de etanol, 2-butanol y terc-butanol en tubos de ensayos limpios y totalmente secos.
Agregue con una espátula, un trocito de sodio metálico a cada tubo de ensayo (¡PRECAUCIÓN: el
sodio metálico reacciona fácilmente con el agua). Anote el tiempo que tarda en consumirse el sodio con
cada uno de los alcoholes. Asigne un orden de reactividad relativa con base en los resultados obtenidos.
Gestión de desechos
85
Deposite los residuos de esta prueba en el recipiente de desechos rotulado 6
Sales Orgánicas. Cualquier residuo de sodio metálico debe destruirse con etanol
y colocar en este recipiente.
III. Propiedades Básicas
4. Coloque 1 mL de 1-butanol, en un tubo de ensayo y agregue 3 mL de HCl concentrado,
(¡CUIDADO!). Agite fuertemente y con precaución, evite las salpicaduras. Deje reposar durante cinco
minutos y anote sus observaciones.
5. Repita el ensayo anterior con 2-butanol y con terc-butanol. Presente un orden relativo de
reactividad de los alcoholes analizados en este ensayo.
Gestión de desechos
Deposite los residuos de esta prueba en el recipiente de desechos rotulado 4.1
Orgánicos no halogenados ácidos.
IV. Oxidación
IV.I. Con permanganato de potasio a diferente pH:
6. Coloque 5 mL de etanol en una probeta y diluya con agua hasta un volumen de 25 mL. Divida esta
disolución en tres tubos de ensayo. Rotule los tubos.
7. En el primer tubo añada una gota de NaOH al 10%, al segundo una gota de H2SO4 al 10% y al
tercero no le agregue nada.
8. Añádale a cada tubo 2 mL de KMnO4 al 0.3% y déjelos en reposo. Anote sus resultados.
Gestión de desechos
Deposite los residuos de esta prueba en el recipiente de desechos rotulad 7.1
Metales Pesados
IV.II. Con permanganato de potasio
9. Coloque 1 mL de 1-butanol en un tubo de ensayo y agregue 5 gotas del reactivo de Jones
(K2Cr2O7/H2SO4 o CrO3/H2SO4).
86
10. Caliente cuidadosamente la mezcla de reacción, observe el cambio de coloración y anote sus
observaciones.
11. Realice la prueba anterior con el 2-butanol y con el terc-butanol. Anote sus observaciones.
Gestión de desechos
Deposite los residuos de esta prueba en el recipiente de desechos rotulad 7.2
Metales Pesados
V. Prueba con el reactivo de Lucas
La prueba de Lucas se realizará de forma demostrativa con la ayuda del
profesor
13. Rotule tres tubos de ensayo y coloque en el primero 1 mL de 1-butanol, en el segundo 1 mL de 2-
butanol y en el tercero 1 mL de terc-butanol.
14. Adicione 3 mL del reactivo de Lucas (HCl/ZnCl2) a cada uno de los alcoholes anteriores. Tape los tubos
de ensayo y agitelos fuertemente.
15. Deje los tubos de ensayo en reposo y anote sus observaciones.
Gestión de desechos
Deposite los residuos de esta prueba en el recipiente de desechos rotulado 7.4
Metales Pesados
VI. Prueba de yodoformo
17. Coloque 3 gotas de 1-butanol en un tubo de ensayo y adicione 10 gotas de NaOH al 10%. Luego
agregue gota a gota disolución de Lugol (yodo y yoduro de potasio) hasta que persista el color del yodo. La
adición puede ser de hasta varios mililitros.
18. Caliente el tubo en un baño con agua durante cinco minutos. Si durante este calentamiento,
desaparece el color del yodo, adicione más Lugol. Una vez finalizado el calentamiento, elimine el exceso
de yodo con gotas de NaOH al 10% y déjelo en reposo. Anote sus resultados.
19. Repita la prueba con 2-butano; terc-butanol ; etanol; 1-propanol; 2-propanol.Para mayor
comodidad, la prueba se realiza en forma simultánea para todas las sustancias
87
Gestión de desechos
Deposite los residuos de esta prueba en el recipiente de desechos rotulad 3
Orgánicos Halogenados
CUESTIONARIO
88
1. Compare la facilidad relativa de oxidación de los cuatro butanoles ante el dicromato de potasio. Por los
resultados obtenidos ¿se puede predecir algún orden?
2. ¿Cuáles de los butanoles dan positiva la prueba de yodoformo? Explique por qué?
3. Escriba una ecuación química para la reacción del etilenglicol y el cloruro de acetilo. De el nombre del
producto resultante.
4. Explique si la reacción de un compuesto orgánico con sodio metálico, acompañada del desprendimiento
de hidrógeno, debe o no considerarse una prueba específica para identificar alcoholes? Explique
claramente.
5. Ordene los siguientes alcoholes de acuerdo a su acidez relativa
CH3OH CH3CH2CH2OH CH3(CH2)3CH2OH
(CH3)3COH CH3CH(OH)CH3 CH3(CH2)2CH2OH
6. ¿Qué sucedería si en la deshidratación del terc-butanol, se empleara HCl concentrado, en lugar de
H2SO4 concentrado?
7. ¿Cuáles de las siguientes sustancias dan positiva la prueba de yodoformo?
2-butanol 2-propanol 2-pentanol
2-pentanona 3-pentanona terc-butanol
etanol acetofenona acetaldehído
metanol.
8. Escriba las fórmulas estructurales de los pentanoles (C5H11OH) y ordénelos según su solubilidad en
agua; reactividad ante el sodio metálico y reactividad ante el ácido clorhídrico concentrado.
¿Cuáles de estas propiedades dependen de la basicidad de los alcoholes? ¿Cuáles de su acidez?
9. Describa ensayos químicos sencillos que sirvan para distinguir entre
a) 3-pentanol y 2-pentanol
89
b) 1-propanol y 1-hexeno
c) terc-butanol y 2-propanol
d) 1-propanol y terc-butanol
e) metanol y etanol
f) 1-propanol y 2-butanol
10. Un alqueno desconocido de fórmula molecular, C5H10, adiciona agua en presencia de ácido sulfúrico
concentrado, formándose un alcohol C5H11OH. Este alcohol reacciona instantáneamente con el reactivo de
Lucas formando primero una turbidez y en seguida otra capa insoluble. ¿Qué estructura o estructuras son
posibles para el alcohol y para el alqueno?
11. ¿Cómo se puede explicar el hecho de que el 1-butanol se disuelva apreciablemente en agua y el 1-
clorobutano no lo hace? Y el hecho de que el 1-butanol tenga un punto de ebullición mayor que el 1-
bromobutano.
12. ¿Por qué el orden de reactividad de los alcoholes ante el sodio metálico es 1 > 2 > 3; mientras que
ante los ácidos minerales es 3 > 2 > 1? Explique claramente la diferencia.
13. Determine la fórmula estructural de un alcohol que es soluble en agua, que reacciona rápidamente con
sodio metálico; produce un precipitado cuando se trata con hidróxido de sodio y Lugol. Con dicromato de
potasio produce un cambio de color y un aldehído.
90
8. Esterificación: síntesis del acetato de n-amilo
Objetivos
1. Aplicar el principio de LeChatellier para mejorar el rendimiento de una reacción.
2. Calcular de diversos modos, el porcentaje de rendimiento de una síntesis orgánica.
3. Justificar el desplazamiento del equilibrio en términos fisicoquímicos.
4. Demostrar que la reacción se ha llevado a cabo por el análisis de espectros infrarrojos.
Marco Teórico
Los ácidos (orgánicos e inorgánicos) reaccionan con los alcoholes produciendo ésteres y agua. Estas reacciones
conocidas como de esterificación, son reversibles. La reacción para la formación del éster se conoce como
esterificación y a la inversa como, hidrólisis.
CR
O
OH
R'OH CR
O
OR'
+ H2O+
ácido alcohol éster
carboxílico
esterificación
hidrólisis
Existe un equilibrio químico cuando dos reacciones opuestas ocurren con la misma rapidez. De acuerdo con la ley
de acción de masas, ésta es directamente proporcionala la concentración de las sustancias reaccionantes. En el
caso de la reacción de esterificación , la rapidez es proporcional a la concentración del alcohol y del ácido, lo que se
puede expresar así
rapidez α [alcohol] [ácido]
91
o lo que es lo mismo
rapidez = k1 [alcohol] [ácido]
Para la reacción de hidrólisis, la rapidez de la reacción es proporcional a la concentración del éster y del agua,
pudiendo expresarse así:
rapidez α [éster] [agua]
o también
rapidez = k2 [éster] [agua]
Al iniciarse la reacción , la rapidez de la esterificación es máxima, pues las concentraciones de alcohol y ácido son
también las mayores. A medida que la reacción progresa, las concentraciones del éster y del agua van aumentando,
en consecuencia, aumenta la rapidez de la reacción de hidrólisis mientras que la de la reacción de esterificación
disminuye. Llegando un momento en que la rapidez de esterificación y la rapidez de hidrólisis son iguales; o sea:
k1 [alcohol] [ácido] = k2 [éster] [agua]
que se transforma en
k1 [éster] [agua]
---- = -------------------- = K
k2 [alcohol] [ácido]
Como k1 y k2 , son constantes de proporcionalidad, podemos sustituir ambos términos por K, la cual se conoce como
constante de equilibrio y se expresa en términos de concentración.
Por ejemplo, se ha encontrado que para la reacción:
92
CCH3
O
OH
+ CH 3CH2OH CCH3
O
OCH2CH3
+ H2O
ácido acético etanol acetato de etilo
si se mezclan, 1 mol de ácido acético con 1 mol de etanol y se dejan reaccionar, el equilibrio se alcanza cuando en
el sistema se encuentran presentes, 1/3 de mol de ácido acético, 1/3 mol de etanol, 2/3 de mol de acetato de etilo y
2/3 de mol de agua. Exactamente lo mismo se obtiene si 1 mol de agua se hace reaccionar con 1 mol de acetato de
etilo.
Al sustituir estos valores en la ecuación de equilibrio, se tiene:
2/3 x 2/3
K = ------------------- = 4
1/3 x 1/3
La correcta interpretación de esta ley, permite controlar la producción de acetato de etilo, ya sea aumentando la
concentración del ácido acético o del etanol, o removiendo del medio de reacción cualquiera de los dos productos.
Ambas cosas pueden realizarse en el laboratorio.
Por otro lado, la rapidez de la reacción se puede acrecentar haciendo uso de catalizadores o aumentando la
temperatura. Por cada aumento de 10ºC, la rapidez de la reacción de esterificación se duplica, de manera que al
aumentar la temperatura de 20º a 80ºC, el aumento de la rapidez de reacción es de 26 = 64 veces. Así mismo, la
rapidez de la reacción de esterificación puede aumentarse enormemente con la presencia de ácidos minerales que
funcionan como catalizadores.
El mecanismo aceptado para la reacción de esterificación involucra la protonación inicial del átomo de oxígeno del
grupo carbonilo para producir un catión estabilizado por resonancia, el cual sufre un ataque nucleofílico por parte de
una molécula de alcohol. El ion oxonio (I), pierde un protón para formar un alquilderivado (II) del Aorto-ácido@. La
protonación de uno de los grupos hidroxilos del intermediario (II) forma otro ion oxonio (III), que puede eliminar
93
sucesivamente una molécula de agua y un protón para dar el éster (IV). Todas la etapas son reversibles, por lo que
representan también el mecanismo de hidrólisis ácida de ésteres.
Mecanismo de la esterificación
1.
C R OH
O: :..
..
+ H +
C R OH
OH:..
..
(+)
C R OH
OH:..
..(+)
C R OH
OH:..
..(+)
C OH
OH
R
:..
..
(+)
R'O
H
..
..
2.
CR
OH
OH
OR' H
(+)
(I)
:
94
Los ésteres pueden sin embargo, prepararse por métodos no reversibles, como por
ejemplo:
3.
CR
OH
OH
OR' H
(+)
(I)
-H+
+ H+
CR
OH
OH
OR' (II)
::
:
+ H+
4. CR
OH
OH
OR' (II)
:: + H+
CR
OH
OH2
OR' (III)
::
(+)
CR
OH
OH2
OR' (III)
::
(+)5. - H2O
+ H2O
CR
OH
OR'
::
(+)
CR
O-H
OR'
::
(+)
6.
- H+
+ H+
CR
OR'
O
::
::
+ H+
(IV)
95
CH3COCl + CH 3CH2OH CH3COOCH 2CH3 + HCl
CH3CO-O-COCH 3 + CH 3CH2OH CH3COOCH 2CH3 + CH 3-COOH
CH3COO-Na+ + CH 3CH2Cl CH3COOCH 2CH3 + NaCl
CH3COCl + CH 3CH2O-Na+ CH3COOCH 2CH3 + NaCl
Parte experimental
A menos que el profesor indique lo contrario, los reactivos que se emplearán en este experimento son: ácido acético
y 1-pentanol (alcohol n-amílico). La reacción de la mezcla a reflujo es bastante compleja, puesto que se sabe que se
puede formar cuando menos un azeótropo. En el cuadro 8.1 se muestran los puntos de ebullición de los principales
constituyentes de la mezcla de reacción.
CUADRO 8.1. Puntos de ebullición de los componentes de la mezcla
Componente Punto de ebullición (C) Composición del azeótropo
H2O
CH3COOH
n-C5H11OH
CH3COOC5H11
Azeótropo
100.0
118.0
138.0
146.0
95.4
45% n-C5H11OH, 55% H2O
1. Coloque en un balon de destilación simple 13 mL de ácido acético y 22 mL de alcohol n-amílico (1-pentanol)
en un balón de destilación simple. Añada 3 gotas de ácido sulfúrico concentrado (CUIDADO!).
2. Arme el sistema de sintesis que se muestra en la figura 8.1. Utilice un balon de destilación simple y
adaptele una manguera en la salida lateral con una llave (pinza de obturación), en sustitución de la llave
que se señala con la letra A. Luego conecte el balon de destilación al condesador como se muestra en la
figura.
96
Fig. 8.1. Síntesis del acetato de n-amilo (Destilación azeotrópica)
3. Caliente de tal forma que se logre un reflujo constante pero no violento.
4. Observe como el tubo lateral del matraz se llena de líquido (agua-alcohol), el alcohol queda en la parte
superior y se derrama regresando al matraz, donde puede reaccionar con el ácido. La elevación del nivel
del agua en el tubo lateral indicará que la reacción se está verificando. La situación ideal es aquella, donde
el nivel queda, al final de la reacción, unos cuantos milímetros por debajo de la salida del tubo lateral, con
una capa de alcohol por encima de la del agua. Si el agua llega hasta el mismo borde de la salida, la
reacción puede no ser completa, y si está muy baja, por encima de ella quedará una considerable cantidad
de alcohol sin reaccionar y que por ende no podrá regresar al balón para reaccionar con el ácido. Si fuera
necesario extraer porciones de agua del tubo lateral, recójala en una probeta graduada de 10 mL.
5. Finalice la reaccuón cuando el nivel del agua del tubo lateral permanezca invariable, lo cual es indicativo del
final de la reacción, deje caer todo el líquido en la probeta graduada y mida el volumen de agua obtenido.
6. Enfríe la mezcla de productos de la reacción y viértala sobre un embudo separador.
7. Realice extracciones con 10 mL de bicarbonato de sodio al 5%, hasta que la disolución deje de producir
burbujas de dióxido de carbono al caer sobre el éster.
8. Realice dos extracciones con dos porciones de agua destilada de 10 mL.
Gestión de desechos Deposite los residuos de esta prueba en el recipiente de
desechos rotulado 1 Bases Inorgánicos
A
97
9. Transfiera el éster impuro a un erlenmeyer y agregue 2 g de sulfato de sodio anhidro y agite cada 10
minutos durante 15 minutos.
Gestión de desechos
Deposite el sólido de sulfato de sodio hidratado en el recipiente de desechos
rotulado con el número 8 Sólidos
10. Limpie el matraz de destilación simple con una buena cantidad de agua y luego con 5 mL de metanol.
11. Coloque el éster lavado y seco en el balón de destilación, agregue perlas de ebullición y destile. Recoja la
fracción que hierve a más de 140ºC. Suspenda la destilación cuando sólo quede un mililitro en el matraz.
12. Anote el volumen o peso del éster obtenido. Compare su olor con el del ácido acético y calcule el porcentaje
de rendimiento.
13. Determine los espectros infrarrojos del ácido, del alcohol y del éster.
Gestión de desechos
Deposite el ester producto de la síntesis en el recipiente de desechos rotulado 4
Orgánicos No Halogenados
98
CUESTIONARIO
1. Mediante ecuaciones químicas, muestre el mecanismo general para la reacción de esterificación de un
ácido carboxílico y un alcohol con ácido sulfúrico como catalizador.
2. ¿Cuáles serían los productos de la reacción entre el cloruro de acetilo (CH3COCl) y el ter-butóxido de
sodio, (CH3)3C-ONa?. Escriba la ecuación química. ¿Cuál sería el producto de la reacción entre el cloruro
de ter-butilo, (CH3)3C-Cl y el acetato de sodio, CH3COONa?
3. Cuando se esterifica ácido benzoico con metanol en presencia de un poco de ácido sulfúrico, la mezcla
final contiene 5 sustancias: ácido benzoico y metanol sin reaccionar, agua, benzoato de metilo y ácido
sulfúrico. Desarrolle un esquema para el procedimiento de purificación del éster en forma pura.
4. ¿Que determina el hecho de que el agua quede en la capa inferior del tubo lateral? Una pequeña parte
de los vapores del ácido acético se condensan y caen en el tubo lateral. ¿En qué capa quedará el ácido?
5. ¿Es posible que resulte un aldehído, un éter o un alqueno, como productos secundarios de la reacción de
esterificación?. En caso afirmativo, escriba las ecuaciones.
6. ¿Por qué no se usa cloruro de calcio para eliminar el agua del éster obtenido?
7. Escriba ecuaciones que ilustran la síntesis del acetato de n-amilo por métodos irreversibles?.
8. ¿Podría prepararse este éster, sometiendo la mezcla de reacción a reflujo (durante el tiempo apropiado)
y luego destilarla para purificar el éster? Compare el rendimiento de este método, con el utilizado en la
práctica.
9. Explique ¿por qué la presencia de sustituyentes voluminosos, sean del grupo alcohólico o del ácido,
hacen difícil la reacción de esterificación?
10. Comente los espectros infrarrojo del ácido acético, del 1-pentanol y del acetato de n-amilo. Justifique las
diferencias.
11. Algunas moléculas son ácidos y alcoholes al mismo tiempo. Una de ellas es el ácido 5-hidroxihexanoico
(CH3CH(OH)CH2CH2CH2COOH). El grupo hidroxilo de esta molécula puede reaccionar con el grupo ácido,
para producir un éster cíclico o lactona. Muestre la estructura de dicha lactona.
99
12. ¿Cuáles son las sustancias que se eliminan con el bicarbonato de sodio al 5% durante el proceso de
purificación del éster? Mediante una ecuación, muestre como se forma el dióxido de carbono en estos
lavados.
100
9. Sustitución electrofílica aromática
Objetivos
1. Aplicar la energía de microondas como fuente alterna de activación, en síntesis orgánica.
2. Realizar una sustitución electrofílica aromática.
3. Confirmar los productos de la síntesis por medio de un espectro infrarrojo.
Marco Teórico
La gran estabilidad que experimentan los compuestos aromáticos se debe a la deslocalización por resonancia de los
electrones π que forman en el anillo los dobles enlaces. Dicha deslocalización le permite a estos compuestos
comportarse como nucleófilos, haciéndolos susceptibles al ataque de electrófilos o especies carentes de electrones.
La sustitución electrofílica del benceno inicia por la adición del electrófilo al anillo formando un enlace simple,
seguida de la pérdida de un protón que permite la recuperación de la aromaticidad. Los grupos acilo y alquilo son
electrófilos comunes en este tipo de reacciones, así como el catión NO2+.
Figura 1. Estructura del benceno.
Fuente: http://www.quimicaorganica.net/benceno-aromaticidad.html (accesado 31/1/13)
I. Aromaticidad
La aromaticidad de un compuesto se puede definir tomando en cuenta dos aspectos que son:
101
a. La energía de resonancia:
Es el aumento de energía que presenta el híbrido de resonancia con respecto al compuesto original.
b. Tendencia a sufrir reacciones de sustitución electrofilica aromática (S.E.A).
En la mayoría de las sustituciones electrofílicas aromáticas (S.E.A.), es necesario la contribución de un catalizador
ya que este genera los electrófilos fuertes que atacan al anillo aromático. A continuación se muestran ejemplos de la
utilización de catalizadores en diferentes S.E.A:
b.1. Alquilación: El tricloruro de alumino (AlCl3) cataliza la alquilación del anillo reaccionando con un
cloruro de alquilo, formando un complejo aniónico AlCl4- y un ion carbonio R+ que ataca al anillo aromático.
Ar-H + R+ –> Ar-R + H+
b.2. Acilación: Con el catalizador de cloruro de aluminio, el ion acilio (RCO+), ataca al anillo aromático para
formar una cetona
.
b.3. Sulfonación: Se lleva a cabo usualmente con ácido sulfúrico fumante, (disolución de SO3 en H2SO4).
En la sulfonación se sustituye un hidrógeno por el electrófilo ion SO3H+. El benceno ataca al trióxido de
azufre y simultáneamente se da la pérdida del protón.
b.4. Nitración: La sustitución del H+ por el NO2
+ requiere la presencia de el ácido sulfúrico como catalizador
ya que permite que la nitración sea más rápida y se de a menor temperatura.
HNO3 + H2SO4 –> H2O + HSO4- + NO2+
b.5. Halogenación: Al igual que en las reacciones anteriores necesita la un catalizador, en este caso el
FeBr3 es el responsable de formar el electrófilo, fuerte de interes, el Br+ o ion bromonio. Según la reacción:
Br2 + FeBr3 –> Br+ + FeBr4
+
II. Efecto de los sustituyentes del anillo sobre la sustitución electrofílica aromática
102
La presencia de cualquier grupo unido a un anillo bencénico afecta su reactividad y determina los productos
principales de la S.E.A. así como el tiempo de reacción. Por ejemplo, el grupo alquilo como sustituyente, es un
activador y es orto y para director, como es el caso de un grupo amino. Por otro lado, grupos como el nitro, ciano,
cetonas o aldehídos, entre otros, son sustituyentes desactivantes y con orientación meta.
En el cuadro 9.1 se muestra la clasificación de los grupos sustituyentes en activadores y desactivadores.
Cuadro 9.1. Clasificación de los grupos sustituyentes
ACTIVADORES DESACTIVADORES
-R, -OH, -NH2, -OR, -NHR, -NR2
-NO2, -COOH, -COOR, -SO3H, -CHO, -COR, -CN, -
CONH2
Grupos que hacen que un compuesto aromático sea
más reactivo que el benceno.
Grupos que hacen que el compuesto al cual están
unidos, presenta reacciones de sustitución
electrofílica aromática más difícil en comparación con
el benceno. Se caracterizan por ser grupos
deficientes en electrones, son grupos extractores.
III. Nitración de la acetanilida
La nitración de los compuestos aromáticos es un proceso químico que tiene amplias aplicaciones en tintes,
productos farmacéuticos, agroquímicos, explosivos y materias plásticas.
La nitración electrofílica de compuestos aromáticos está mediada el ion nitronio (NO2+) que interactúa con el anillo
aromático para dar el producto deseado. Casi todos los compuestos aromáticos son susceptibles de nitración,
aunque las condiciones requeridas dependen de la reactividad del sustrato. (Rodger, 1981)
La acetanilida es una amida que se nitra fácilmente obteniendo una mezcla de orto y para nitroacetanilida, esta
muestra se puede comprobar mediante un espectro IR o una cromatografía de capa fina utilizando como eluentes
acetato de etilo y hexano en una relación 2:1, además se puede separar por medio de una columna cromatográfica,
de esta forma se puede calcular el porcentaje de rendimiento de los isómeros obtenidos. (Klages, 2006)
103
La técnica de microondas facilita la labor al realizar la nitración de la acetanilida ya que reduce significativamente el
tiempo de reacción y el uso de energía. Otras ventajas de la síntesis por microondas es la generación de menos
subproductos, la optimización de rendimientos, la obtención productos en un menor número de pasos, entre otros.
Figura 2. Estructura de la acetanilida.
Fuente:http://www.merckmillipore.com/chemicals/acetanilida/MDA_CHEM822344/spanish/p_x66b.s1L5oIAAAEWjOE
fVhTl (accesada: 31/1/13).
La reacción de la nitración de la acetanilida mediante el uso de un microondas se muestra a continuación:
Parte Experimental
1. Mida la masa de 1,4 g de acetanilida en el vial de reacción del microondas y añada 5 mL de ácido acético
concentrado y posteriormente 1,3 g de nitrato de potasio.
2. Selle adecuadamente el vial de reacción y coloquelo en el microondas a una potencia de 800W a una
temperatura de 120°C durante 1 min.(Este programa de temperatura es para 6 viales de reacción)
3. Después de que el tiempo de reacción finalice, se debe esperar a que el vial de reacción esté a temperatura
ambiente para abrirlo. PRECAUCIÓN: La apertura del vial de reacción se debe realizar en la capilla de
extracción.
Se debe observar que la mezcla de reacción se oscureció a un color amarillento o marrón ¿A qué se debe este
cambio de color? Justifique.
4. A la mezcla de reacción obtenida se le agrega 10 mL de acetato de etilo. Si se observa la aparición de un
sólido, sepárelo por filtración. Transfiera el filtrado a un embudo separador y agregue 10 mL de agua.
NH
O
+ KNO3
ácido acético
+ + KCOOCH3 H2O+800 W, 1 min NH
ONO2
NH
ONO2
104
5. Se formarán dos capas en el embudo separador. ¿Cuál capa se debe desechar? Explique su escogencia
6. Destape el embudo para que se dé la formación adecuada de las dos capas y realice la separación.
Gestión de desechos
Deposite la fase descartada de la extracción de la síntesis en el recipiente de
desechos rotulado 1 Bases Inorgánicas
7. Decante el resto de la disolución en un balón para evaporador rotatorio de 50 mL.
8. Concentre la fase orgánica usando un evaporador rotatorio a una temperatura de 80 °C
hasta obtener menos de 1 mL en el balón.
9. Realice el punto de fusión del sólido obtenido en la síntesis. Compare con los valores teóricos de los
productos de la síntesis.
10. Coloque el resto del sólido en un tubo de ensayo y disuélvalo con la mínima cantidad de acetato de etilo.
11. Realice con la disolución anterior una cromatografía de capa fina utilizando acetato de etilo: hexano 2:1.Si
lo considera necesario utilice un agente revelador. Explique
12. Calcule los Rf.
Deposite los residuos del eluente de la cromatografía en el recipiente de residuos
rotulado 4 Orgánicos No Halogenados
Deposite los residuos de capilares y capas cromatográficas en el recipiente de
residuos rotulado 8 Sólidos
105
CUESTIONARIO
1. ¿Por qué la temperatura de la mezcla de reacción en la síntesis del nitrobenceno, no debe ser mayor de
60ºC?
2. ¿Por qué el nitrobenceno que se sintetiza no debe destilarse a sequedad en el proceso de purificación?
3. ¿Cuáles son las funciones del ácido sulfúrico en la nitración?
4. ¿Qué reacciones laterales se producen la síntesis del nitrobenceno? ¿Cómo se pueden evitar?
5. ¿Qué se entiende por ácido nítrico fumante y ácido sulfúrico fumante?
6. ¿Por qué el nitrobenceno no se purificó, destilándole directamente de la mezcla de reacción?
7. En las síntesis llevadas a cabo:
a) ¿cuál es el reactivo limitante?
b) ¿cuál es el porcentaje de rendimiento?
8. ¿Por qué el nitrobenceno no se lava primero con la disolución de NaOH y luego con agua?
9. ¿Por qué en la destilación del nitrobenceno se emplea un condensador enfriado por aire y no uno
enfriado por agua?
10. Comente las bandas principales de los espectros infrarrojos de los productos y los reactantes de este
experimento.
11. Haga un esquema para la purificación del nitrobenceno a partir de la mezcla de reacción.
12. ¿Por qué durante la adición de la mezcla nitrante en la síntesis de la 4-nitroacelanilida, la temperatura
ser controlada?
13. Una vez terminada la adición de la mezcla nitrante, ¿para qué se deja la mezcla de reacción, 5 minutos
a temperatura ambiente?
106
14. En la obtención de la 4-nitroacetanilida, ¿cuál es el propósito de:
a. agregar la mezcla de reacción sobre hielo machado
b. lavar los cristales con agua fría
15. Determine el rendimiento teórico y el porcentaje de rendimiento para la preparación de la 4-
nitroacetanilida
16. ¿Cómo se justifica teóricamente que en la síntesis de la 4-nitroacetanilida, solamente se obtiene el
isómero para a pesar que el grupo -NHCOCH3, presente en la acetanilida orienta la sustitución electrofílica
aromática hacia las posiciones orto y para. Puede utilizar fórmulas de resonancia.
17. Con base en la pregunta anterior, ¿por qué no es difícil la nitración de la anilina para obtener 4-
nitroanilina?
107
10. La Leche y su química
Objetivos
1. Llevar a cabo la separación de los principales constituyentes de la leche: caseína, grasa y lactosa.
2. Conocer a fondo la función de los reactivos empleados en la separación.
3. Conocer algunos aspectos nutritivos de la leche.
Marco Teórico
La leche es un líquido opaco y blanco; dos veces más viscoso que el agua, de sabor ligeramente azucarado y de
olor acentuado.
Los principales caracteres físico-químicos de la leche fresca son:
Densidad (15oC) 1.030 a 1.034 g/mL
Calor específico 0.93 cal/mol
Punto de congelación -0.55oC
pH 6,5 a 6,6
Acidez en decigramos de ácido láctico 16 a 18
Indice de refracción (20oC) 1.35
Por otra parte, la leche es un sistema físico-químico bastante complejo. Sin embargo, de un modo esquemático,
puede considerarse, como una emulsión de materia grasosa en una solución acuosa que contiene numerosos
elementos en disolución y otros en estado coloidal.
Cuantitativamente, el agua es el componente más importante, representa aproximadamente nueve décimos de la
leche, y "disuelve" o suspende la mayoría de sus componentes. Algunos de los cuales están presentes en
cantidades sensibles, varían con la especie del animal. Así, cambia el contenido de proteínas, carbohidratos y de
grasas, elementos básicos de los alimentos.
108
Cuadro 10.1. COMPOSICIÓN DE LA LECHE EN VARIOS MAMÍFEROS
ESPECIE % H2O % GRASA % PROTEÍNA
Vaca 87 3.8 3.35
Humano 87 3.8 2.30
Cabra 86 4.8 4.30
Oveja 83 5.3 6.30
Yegua 90 0.6 2.10
Burra 91 1.2 1.50
Rata 68 14.8 11.77
Búfalo 82 8.0 4.0
Camello 88 5.4 3.0
Llama 86 3.2 3.9
Cerda 82 6.85 6.2
Coneja 70 10.5 15.5
Entre las sustancias mayoritarias encontradas usualmente en la leche pueden citarse, la grasa, la lactosa, las
sustancias nitrogenadas y las sales minerales. Dentro de un segundo grupo, se encuentran: las enzimas, los
pigmentos y las vitaminas.
Para dar una idea de sus concentraciones comunes en las diferentes leches mírese el siguiente cuadro:
Cuadro 10.2. CONCENTRACIONES APROXIMADAS DE LOS PRINCIPALES CONSTITUYENTES DE LA LECHE
DE VACA
109
Constituyentes
litro/leche
Concentración- pesos
Agua 860 - 880 g
Lípidos en emulsión
Grasa (triglicéridos) 30 - 50 g
Fosfolípidos 0.30 g
Cerebrósidos
Esteroles 0.10 g
Carotenoides 0.10 - 0.60 mg
Vit. A 0.10 - 0.50 mg
Vit. D 0.4 mg
Vit. E 1.0 mg
Vit. K Trazas
Proteínas en dispersión coloidal
Caseína 25 g
ß-lactoglobulina 3 g
α-lactoalbúmina 0.7 g
Albúmina 0.3 g
Englobulina 0.3 g
Sendoglobulina 0.3 g
Globulina 1.3 g
Las enzimas más importantes encontradas en la leche de vaca son: catalasa, peroxidasa, fosfatasa (ácida y
alcalina) amilasa, aldosa, proteasa, amilasa carbónica, lipasas y otras estearasas.
Por otro lado, la calidad de esta leche, se evalúa frecuentemente por la cantidad de grasa presente, cuyo contenido
mínimo, es fijado por la mayoría de gobiernos en un 3,25%. Esta grasa puede producirse en su mayor parte por el
desnatado de la capa que aparece en la parte superior del envase que contiene la leche (después de un tiempo de
110
reposo), o bien, por centrifugación. Es corriente, para prevenir su separación del resto, bombear la leche a través de
un pequeño orificio que permite la formación de glóbulos, formándose una suspensión coloidal muy estable.
La caseína es la proteína principal y se obtiene por desecación de la leche después del desuerado y lavado de la
cuajada, procedente de la coagulación de una leche totalmente desnatada, es decir, sin grasa. Este es el
procedimiento usual para hacer queso.
Después de la precipitación de la caseína, en el líquido remanente (suero) quedan disueltas las sales de cerca de
doce cationes en forma de cloruros, fosfatos y sulfatos. Sin embargo, buena parte de los fosfatos quedan con la
caseína, al formar ésteres fosfóricos con los hidroxilos de esta.
La lactosa, carbohidrato de la leche, es también parte de los sólidos que quedan disueltos en el suero, y es la
sustancia edulcorante de la leche.
El procedimiento de laboratorio, para separar los componentes más importantes de la leche homogenizada, se basa
en su diferente solubilidad. Por ejemplo, la cadena polipéptica de la caseína contiene más grupos ácidos que
básicos, por lo tanto la caseína se solubiliza como un anión polimérico a un pH aproximadamente de 6,0; que es
aproximadamente el de toda la leche. Por esta razón, el pH baja y llega al punto isoeléctrico, la proteína precipita ya
que, las cargas positivas y negativas están en igual número en la molécula.
Los pasos del proceso son mostrados en el siguiente diagrama:
111
LECHE
ácido acético
insoluble
(grasa y caseína)
extracción con
éter etílico
caseína
(insoluble)
grasas
(solubles)
soluble
(lactosa y trazas de
proteínas: albumina
y globulina)
etanol
proteínas
insolubles
lactosa
soluble
La mantequilla (grasas solubles), obtenida mediante este procedimiento, contiene aproximadamente 98% de
triglicéridos además de una pequeña cantidad de vitaminas A y D, junto con el diacetilo y la 3-hidroxi-2-butanona que
le dan el sabor característico a la mantequilla.
CH3
CC
CH3
O
O
CH3
CCH
CH3
O
OH
diacetilo 3-hidroxi-2-butanona
Por otra parte, la recuperación de la grasa no es total ya que una parte queda atrapada junto a la caseína.
112
Parte experimental
I Parte: Coagulación
1. Coloque 50 mL de leche fresca y homogenizada en un erlenmeyer de 200 mL. Caliente en baño de maría a
38oC. Agregue, gota a gota y con agitación, 1 mL de ácido acético al 50%, hasta que se forme un
precipitado coagulado. Deje enfriar la mezcla hasta que la cuajada coagule completamente.
2. Filtre, utilizando una tela de algodón, sobre un beaker de 250 mL y pase la leche coagulada a través de la
tela. Exprima la masa coagulada fuertemente y transfiera el filtrado (suero) a una probeta y anote el
volumen.
3. El sólido se regresa al erlenmeyer para separar la grasa de mantequilla y la caseína.
II Parte: Aislamiento de la Lactosa
4. Coloque 10 mL del suero en un erlenmeyer de 125 mL y agregue 100 mL de etanol al 95%. Caliente la
disolución hasta que el precipitado gelatinoso coagule, filtre por gravedad si es necesario utilizando un trozo
de algodón, que se dispone en una delgada capa sobre las paredes del embudo. De esta forma se evita la
obstrucción del embudo, y la filtración es más rápida. Recuerde que el recipiente recolector debe estar
seco.
Deposite los residuos del suero en el recipiente de desechos rotulado 4.1.
Orgánicos No Halogenados
5. Una vez realizado este paso (el filtrado no debe estar turbio), tape el frasco con un algodón y deje que la
disolución se concentre en reposo. Deje el frasco de esta manera por lo menos 24 horas para que la
cristalización de la lactosa, sea completa. Una alternativa, es evaporar el disolvente en un evaporador
rotatorio. De cualquiera de estas formas, observe la aparición de los cristales de lactosa.
6. Coloque una punta de espatula de cristales de lactosa en un tubo de ensayo.
Deposite los residuos de lactosa en el recipiente de desechos rotulado 8.1
Sólidos
113
7. Realice la prueba de Molisch. Para esta prueba agregue dos gotas del reactivo de Molisch recién
preparado. Mezcle vigorosamente. Incline el tubo con un ángulo de 45 y vierta por la pared,
CUIDADOSAMENTE, 2 mL de ácido sulfúrico concentrado, de manera tal que se obtengan DOS capas
Deposite los residuos de lactosa en el recipiente de desechos rotulado 4.2.
Orgánicos No Halogenados
III Parte: Aislamiento de la mantequilla
8. Al sólido separado (caseína y grasa) agregue 10 mL de éter etílico ((cuidado!) y agite la mezcla
machacando con una espátula las partículas mayores en tamaño. Decante y trasvase la disolución etérea
a un balón de 100 mL de fondo redondo; éste debe estar seco. Realice dos extracciones más al sólido,
cada una de 10 mL de éter etílico. Transfiera al balón cada extracto. Agregue 2-3 g Na2SO4 anhidro y deje
en reposo por 15 minutos.
Deposite los residuos de Na2SO4 hidratado en el recipiente de desechos rotulado
8.2. Sólidos
9. Una vez finalizado el tiempo de reposo transfiera la disolución etérea a un recipiente previamente pesado y
seco. Evapore el éter y determine el porcentaje de grasa.
Deposite los residuos de grasa en el recipiente de desechos rotulado 4 Orgánicos
No Halogenados
IV Parte: Obtención de la caseína
1. Al sólido remanente en el erlenmeyer después de la extracción con éter, agregue de 15 a 20 mL de
acetona, agite y homogenice los grumos insolubles. Decante la acetona y realice otra extracción con 20 mL
de acetona, filtre al vacío en un embudo Büchner. No olvide medir la masa del papel de filtro a utilizar en
esta filtración.
2. Deje secar el sólido en la estufa y mida su masa.
3. Coloque una punta de espatula del sólido en un tubo de ensayo y agregue 2 mL del reactivo de Biuret.
Espere 2 min, observe si hubo cambio de color en el reactivo de Biuret. Anote sus resultados.
114
Deposite el residuo de caseína y el papel de filtro en el recipiente de desechos
rotulado 8.1. Sólidos
Deposite el residuo de la prueba de Biuret en el recipiente de desechos rotulado
7 Metales Pesados
115
CUESTIONARIO
1. ¿Qué se entiende por una emulsión?
2. ¿Por qué motivo la caseína precipita al ser tratada con ácido acético? Explique claramente.
3. Enumere las proteínas, ácidos grasos y vitaminas presentes en la leche.
4. ¿Cómo se determina por análisis químico que a una leche se le ha agregado agua?
5. ¿En qué consiste el método de pasteurización de la leche?
6. ¿Qué otras formas de adulteración de la leche se conocen?
7. ¿Cuáles son las propiedades nutritivas de la leche materna?
8. ¿En qué consiste la homogenización de la leche? )Para qué se hace?
9. ¿Cree usted que el valor nutritivo de la leche disminuye al ser adulterada con agua? Explique su
respuesta.
10. ¿Tendrá la leche de vaca el más alto valor energético en comparación con otras especies?
11. ¿Cuál es la función de cada uno de los siguientes reactivos en la práctica: ácido acético, etanol al 95%,
sulfato de sodio anhidro, acetona y éter?
12. ¿En qué consiste las pruebas de Molisch, Biuret y Tollens?
13.Comente: "... el estudiante, para separar la caseína y la grasa, debe tomar la muestra de leche
homogenizada, agregarle ácido acético y calentar a 60oC..."
116
11. Análisis Cualitativo de Carbohidratos
Objetivos
1. Reconocer el concepto de carbohidratos
2. Conocer pruebas cualitativas para diferenciar tipos carbohidratos:
pentosas,hexosas,cetohexosas,aldohexosas,monosácaridos, disacaridos y polisacaridos.
3. Diferenciar azucares reductores de no reductores.
Marco Teórico
Los carbohidratos con compuestos ampliamente distribuidos en los organismos vivos. Su función varía desde base
estructural, en las plantas o en la célula, hasta como fuente de energía en los animales, pasando por compuestos
básicos en algunas de las reacciones o procesos de alta importancia.
Químicamente pueden definirse como polihidroxialdehídos o polihidroxicetonas. Con base en esto y la reacción de
hidrólisis, se pueden clasificar en:
MONOSACÁRIDOS, como las triosas, tetrosas, pentosas, hexosas, etc., cuya principal característica es la de no
poder hidrolizados a carbohidratos más simples.
DISACÁRIDOS, como la sacarosa, la maltosa y la lactosa, los cuales pueden ser hidrolizados en dos monosacáridos
iguales o no.
POLISACÁRIDOS, como los almidones, glucógenos y la celulosa, los que por hidrólisis producen muchas unidades
de monosacáridos.
Las pruebas cualitativas para los carbohidratos, se basan en las propiedades de sus grupos funcionales, siendo una
de ellas la deshidratación. Esta que generalmente se da en medio ácido y calor, produce derivados del furfural y del
hidroximetilfurfural; los cuales posteriormente, pueden condensarse con derivados fenólicos generando compuestos
coloreados específicos.
117
O
C
O
H O
C
O
H
HOH2C
furfural hidroximentilfurfural
Algunas de esas pruebas, incluyen los reactivos de Molisch, de Bial y de Seliwanoff.
Los azúcares, con grupos aldehídos potenciales o reales, pueden reducir fácilmente al ion cobre II en disolución,
como sucede con los reactivos de Barfoed y Benedict. De esta forma, en medio básico tanto la aldosas como las
cetosas, pueden reducir el ion cúprico a través del equilibrio ceto-enólico
Los polisacáridos forman complejos coloreados con el ion triyoduro (I3-). El color dependerá de la composición y
estructura del polisacárido. Otra prueba de amplio uso es la de fermentación; su resultado depende de la
especificidad enzimática del microorganismo utilizado.
Finalmente, una prueba comprobatoria de los carbohidratos es la formación de un derivado de fácil identificación,
como lo son las osazonas, las que se preparan y purifican de una manera simple y rápida.
CH
O
CH OH
3 NH2NHC6H5
CH3COONa
CH
N-NHC6H5
C N-NHC6H5
+ NH3
+ NH2C6H5
una osazona
118
Parte experimental
I PARTE: PRUEBAS BASADAS EN LA DESHIDRATACIÓN DE CARBOHIDRATOS.
I.I. Prueba de Molisch
1. En un tubo de ensayo limpio, coloque 1 mL de disolución de glucosa 10 mg/mL y dos gotas del reactivo de
Molisch recién preparado. Mezcle vigorosamente. Incline el tubo con un ángulo de 45 y vierta por la pared,
CUIDADOSAMENTE, 2 ml de ácido sulfúrico concentrado, de manera tal que se obtengan DOS capas.
2. Repita el procedimiento utilizando un disacarido, un polisacarido y un monosacarido de los carbohidratos
disponibles. Y anote los resultados obtenidos.
Deposite los residuos de esta prueba en el recipiente de desechos rotulado 4.1.
Orgánicos No Halogenados
I.II. Prueba de Bial
3. Coloque en un tubo de ensayo limpio 1 mL de disolución de Glucosa 10 mg/mL y agregue 1,5 mL del reactivo de
Bial.
4. Caliente en un baño maría suavemente hasta que la disolución empiece a hervir.
5. Repita el procedimiento con utilizando 10 mg/mL de Xilosa y 10 mg/mL de Sacarosa de los carbohidratos
disponibles.
6. Anote los resultados obtenidos.
Deposite los residuos de esta prueba en el recipiente de desechos rotulado 4.2.
Orgánicos No Halogenados
I.III. Prueba de Seliwanoff
7. Ponga en tres tubos de ensayo diferentes, 10 gotas de disolución de glucosa 10 mg/mL, 10 gotas de disolución de
fructosa al 10 mg/mL, y 10 gotas de disolución de sacarosa 10 mg/mL,
8. Agregue a cada tubo 1 mL del reactivo de Seliwanoff recién preparado.
119
9. Coloque los tres tubos en un beaker con agua caliente durante 10 minutos exacto. Anote los cambios ocurridos.
10. Remueva el calentamiento y observe los cambios de color a intervalo de un minuto durante los siguiente cinco
minutos.
Deposite los residuos de esta prueba en el recipiente de desechos rotulado 4.3.
Orgánicos No Halogenados
II PARTE: PRUEBAS BASADAS EN LAS PROPIEDADES REDUCTORAS DE LOS CARBOHIDRATOS
II.I. Prueba de Barfoed
4. Coloque 1 mL del reactivo de Barfoed en cada uno de 6 tubos de ensayo limpios. Agregue al primero 10
gotas de disolución de glucosa 10 mg/mL, al segundo 10 gotas de fructosa 10 mg/mL, al tercero, al cuarto,
al quinto y al sexto 10 gotas de sacarosa 10 mg/mL, 10 gotas de xilosa 10 mg/mL, 10 gotas de maltosa 10
mg/mL y 10 gotas de almidón 10 mg/mL, respectivamente.
5. Coloque los tubos en un baño con agua hirviendo y observe los cambios que se dan, anotando el tiempo.
Deposite los residuos de esta prueba en el recipiente de desechos rotulado 7
Metales Pesados
II.II. Prueba de Yodo
6. Tome 10 gotas de disolución de glucosa 10 mg/mL y acidifique con 1 mL de ácido clorhídrico al 10 %.
7. Agregue gota a gota sobre la disolución ácida, 1 mL de disolución de yodo-yoduro (Reactivo de Lugol).
8. Repita la prueba utilizando almidón.
9. Caliente los tubos en un baño con agua hirviendo durante cinco minutos y observe los cambios producidos.
Deposite los residuos de esta prueba en el recipiente de desechos rotulado 5
Orgánicos Halogenados
120
II.III. Formación de Osazonas
10. En cuatro tubos de ensayo limpios coloque respectivamente 0.2 g de glucosa, fructuosa, maltosa y
sacarosa.
11. Agregue a cada tubo 0.2 g de clorhidrato de fenilhidracina, 0.3 g de acetato de sodio y 2 mL de agua
destilada.
12. Coloque los cuatro tubos en un beaker con agua hirviendo. Observe los cambios que se producen al
transcurrir el tiempo.
Deposite los residuos de esta prueba en el recipiente de residuos rotulado 4.4.
Orgánicos No Halogenados
121
CUESTIONARIO
1. Explique ¿por qué hay diferencias apreciables en la forma de dar la prueba de Molisch los diferentes
carbohidratos?
2. ¿Qué ventajas ofrece la prueba de Bial con respecto a la de Molisch? ¿Por qué?
3. ¿Qué tipo de reacción se da en las pruebas de Molisch, Bial y Seliwanoff con los derivados del furfural y
los compuestos fenólicos?
4. ¿Qué sustancias se reconocen con la prueba de Bial? ¿Con la de Seliwanoff?
5. ¿Podría utilizar la prueba de Benedict para diferenciar aldosas de cetosas? ¿la de Barfoed? Justifique su
respuesta.
6. ¿Qué información se obtendría con la prueba del reactivo de Tollens, si se le aplicara los carbohidratos?
7. ¿A qué se debe la formación del complejo triyoduro-polisacárido? ¿Qué importancia tendrá la prueba de
yodo en el análisis bioquímico?
8. ¿Qué sucedería si en la prueba de las osazonas no se emplean los tres moles de fenilhidracina?
9. Un científico debido a sus malas técnicas de trabajo, olvidó rotular tres recipientes con reactivos.
Sabiendo que eran de uso en bioquímica, los trato con el reactivo de Molisch y obtuvo un anillo de color
rojizo. Luego les realizó la prueba de yodo, para la cual dos dieron reacción negativa y el tercero una
coloración roja. Al tratar los dos primeros con disolución ácida de acetato de cobre, uno casi no dio la
prueba y el otro un precipitado entre 5-7 minutos. El primero de estos dos era fermentable y al hervirlo con
HCl dio prueba para fructosa. El segundo no reaccionó con orcinol en HCl y dio un color rojo con la prueba
de Seliwanoff. De la estructura de los posibles compuestos.