lab. síntesis organica

Universidad Nacional del Comahue

FAIN – Departamento de Química

Química Orgánica II – 2015

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL COMAHUEFACULTAD DE INGENIERÍA - Departamento de Química

Cátedra: Química Orgánica II

1° Cuatrimestre 2015

INFORME DE LABORATORIO N°2:

SÍNTESIS ORGANICA

Nombre: Edgar Moscoso




Materiales:

p-nitrofenol p.a., solución de yoduro de metilo (δ=2,28 g/mL), carbonato de sodio, acetona anhidra, hidróxido de sodio 0,1 N, éter etílico, etanol, sulfato de sodio, ampollas de vidrio, pipetas de 1, 2, 5 y 10 ml, ampollas de reacción, ampollas de decantación, vaso de precipitado, matraces de 50 y 100 ml, pesafiltro, pipeta Pasteur.

PARTE A: SÍNTESIS DE P-NITROANISOL (PNA):

En esta parte se realizará la síntesis de p-nitroanisol (PNA) a partir de p-nitrofenol (PNF) mediante la reacción representada por la siguiente ecuación química:




Objetivos:

Sintetizar p-nitroanisol a partir de p-nitrofenol.

Separar el reactivo en exceso por extracción con solventes.

Calcular el rendimiento de la reacción.

Marco Teórico:

El rendimiento teórico de una reacción es la cantidad de sustancia expresada en gramos que se podría obtener en una reacción química de acuerdo a la ecuación estequiométrica. Se efectúa el cálculo en base a la cantidad de reactivo en defecto. El rendimiento práctico es la cantidad de sustancia obtenida en la síntesis expresada como un porcentaje del rendimiento teórico.

Calculo del rendimiento teórico:

Nuestro reactivo en exceso va a ser p-nitrofenol (PNF) y el reactivo limitante el yoduro de metilo (CH3I).

2 PNF (0,75mmoles) +Na2CO3 (0,5mmoles) -------------2PNFNa (0,5mmoles)

Queda un exceso de 0,25moles de PNF

La relación entre PNFNa – CH3I es de 1:1, entonces 0,5mmoles de PNFNa reaccionan con 0,5mmoles de CH3I. Obtengo 0,5mmoles de p-nitroanisol (PNA)

0,5mmoles PNA x 153mgr/mmoles = 76,5mgr.




PROCEDIMIENTO:

En una ampolla de vidrio se colocan 0,75mmoles de PNF, 0,5mmoles de CH3I (δ= 2,28gr/mL), 0,5mmoles de Na2CO3 y 2mL de acetona anhidra. Se cierra a la llama completamente la ampolla de vidrio evitándose así que la acetona se evapore. Luego se lleva a un baño termostático durante 8 horas a 60 °C.

A continuación se trasvasa el sobrenadante de la mezcla de reacción a una ampolla de decantación con uso de pipeta. Se lava el recipiente de reacción tres veces con 2mL de éter etílico cada vez, recogiéndose la solución de lavado en la ampolla de decantación.

Se agregan 5mL de NaOH 0,1 N, se agita y se procede a la separación de fases, la fase acuosa se recoge en matraz aforado de 100mL y el extracto etéreo es lavado con 5mL de NaOH 0,1 N cada vez hasta que la solución de lavado sea incolora. Estas soluciones acuosas son recogidas en el mismo matraz.

El extracto acuoso (solución de p-nitrofenóxido de sodio), recogido en el matraz de 100mL, se lleva a volumen con solución de NaOH 0,1 N, y es utilizado luego para cuantificar el p-nitrofenol sin reaccionar.

El extracto etéreo es entonces trasvasado a un recipiente previamente tarado, a través de papel de filtro conteniendo Na2SO4, y se procede a evaporar el solvente. El residuo sólido es el producto de reacción (PNA). Este sólido se pesa y se calcula el rendimiento práctico.

Resultados y conclusiones:

Luego de realizado el procedimiento, obtuvimos por diferencia de pesada 0,0467mgr de PNA sintetizado.

El rendimiento prácticoes: 46,7 x 100% = 61,05%

76,5

El resultado obtenido es mayor al 60%, por lo que dio un rendimiento aceptable.




PARTE B: IDENTIFICACIÓN DE P-NITROANISOL:

Objetivos:

Identificar el p-nitroanisol obtenido mediante cromatografía en capa fina (TLC) y Espectroscopia IR.

Marco teórico:

La cromatografía es un método analítico empleado ampliamente en la separación e identificación de los componentes químicos en mezclas complejas.

Los componentes de una mezcla son llevados a través de una fase estacionaria (FE) por el flujo de una fase móvil (FM), gaseosa o liquida, que se moviliza a través de la fase estacionaria. Las separaciones están basadas en las diferentes afinidades de los componentes de la mezcla por la fase estacionaria, que determinan distintas velocidades de migración entre los componentes de la muestra.

En la cromatografía en capa fina, se utilizan placas de vidrio o metálicas (soporte) y sobre ellas se deposita la fase estacionaria (sílica gel, alúmina, celulosa, etc). Una mezcla de solventes (FM) se utiliza para lograr la separación de los componentes de la mezcla. Debido a que el movimiento relativo de una sustancia respecto del disolvente en un sistema cromatográfico es constante y característico de dicha sustancia, se calcula la relación de frente (Rf) de cada componente:

Con d1 la distancia recorrida por la sustancia y d2 por el solvente.

La cromatografía utilizada en este trabajo se clasifica como cromatografía de adsorción dado que la FE es un sólido.

La espectroscopía IR permite establecer la estructura de una sustancia, por comparación del espectro IR con el correspondiente a una sustancia patrón. Una banda de absorción, observada a un número de onda específica, prueba la identidad de un enlace covalente polar, o grupos de enlaces en una molécula. Por el contrario, la ausencia de una determinada banda en el espectro generalmente descarta la presencia del enlace que la produciría.




Materiales:

PNF patrón, PNA patrón, PNA sintetizado, placa de sílica gel, etanol absoluto, n-butanol, tolueno, cuba cromatográfica, capilar, KBr para espectroscopia, espectrómetro de absorción IR, prensa.

Procedimiento:

Esta experiencia se divide en 2 partes:

1era Parte:El p-nitroanisol sintetizado se identificará por cromatografía en capa fina (TLC) y Espectroscopia IR.

Una vez evaporado el solvente de la caja de Petri (y calculado el rendimiento) se toma una punta de espátula del PNA sintetizado, se agrega en un pequeño tubo de ensayo, se disuelve con unas gotas de etanol (0,5mL aprox.) y se homogeniza. Un poco de esta solución es tomada con un capilar y sembrada sobre la placa a aproximadamente 2cm del borde inferior, también se siembran los patrones de PNA y PNF, dejando 3cm entre cada siembra.

Previamente se coloca una mezcla de solventes formada por tolueno y etanol absoluto (FM) en proporción 95:5 en la cuba y se la deja saturar por los vapores.

Se coloca la placa de sílica en la cuba teniendo cuidado de que el nivel de FM esté por debajo de la línea de siembra.

Acto seguido se desarrolla el cromatograma en el sistema de solventes preparado hasta 2cm del borde superior de la placa; se deja secar y se revela utilizando vapores de yodo, o exponiendo la placa a luz ultravioleta. Se marcan los centros de las manchas y se determina el Rf para cada una de ellas.

15,5 cm

9,1 cm 9,1 cm6,1 cm

PNA Patrón

PNF Patrón

PNA Sintetizado





Por error de parte nuestra, está experiencia no se pudo realizar. Entonces analizamos los datos de otra comisión:

Analizamos los Rf obtenidos:

Rf (PNA Patrón) =9,1 cm = 0,587096

15,5 cm

Rf (PNF Patrón) = 6,1 cm= 0,393548

15,5 cm




Rf (PNA Sintetizado) = 9,1 cm = 0,587096

15,5 cm

A través de la cromatografía se observa que la muestra sintetizada es efectivamente p-nitroanisol.

2da Parte:Del sobrante del PNA sintetizado se pesan aproximadamente 3mgr y se mezclan con 300mgr de KBr (para espectroscopía). El material se homogeiniza en mortero de ágata y luego se prepara la pastilla utilizando para ello una prensa hidráulica. De igual manera se prepara una pastilla de PNA patrón. Finalmente ambas pastillas son analizadas en un espectrómetro de infrarrojo.

0500100015002000250030003500400045000

10

20

30

40

50

60

70

80

IR PNA Sintetizado

Si analizamos el IR del PNA Sintetizado y lo comparamos con el IR Patrón del PNF, se aprecia que la banda que representa al grupo alcohol no se encuentra, por lo tanto solo hay PNA sintetizado.




IR PNA Patrón:

IR PNF Patrón:




PARTE D: CUANTIFICACION DEL PNF SIN REACCIONAR

Objetivos: Cuantificar el reactivo en exceso mediante espectroscopia UV-Visible.

Marco teórico: La espectroscopía molecular se basa en la medida de la transmitancia (T) o absorbancia (A) cuando una sustancia interacciona con la energía radiante. La ley de Lambert y Beer establece una relación lineal entre la absorbancia y la concentración de la sustancia que se encuentra en una celda transparente: A = ε.b.c

Siendo:ε la absortividad molar, b el camino óptico expresado en cm, c la concentración molar.

Trabajando con radiación correspondiente a la region UV-Visible (200 a 800 nm) y haciendo uso de la ecuación anterior, es posible realizar determinaciones cuantitativas de una gran variedad de sustancias orgánicas e inorgánicas.

Procedimiento: Se procederá a cuantificar el PNF en exceso por medio de la Ley de Lambert-Beer.

A partir del extracto acuoso de PNF proveniente del parte A, se realiza una dilución 1:200. Para esto se toman 0,5 ml del extracto y se diluyen en matraz aforado de 100 ml, con solución 0,1 N de NaOH. Para la cuantificación del PNF se construye una curva de calibración utilizando soluciones de diferente concentración. De una solución madre de PNF patrón al 0,01 % m/v (10 mg de PNF en 100 ml de sción. de NaOH 0,1 N), se transfieren alícuotas de 0,25; 0,5; 0,75; 1; 1,5 y 2 ml de la solución madre a matraces de 50 ml y se lleva a volumen con NaOH 0.1 N. Se leen las absorbancias de las soluciones así preparadas en un espectrofotómetro a 400nm llevando a 0 % de absorbancia con NaOH 0.1 N. Graficar absorbancia versus concentración molar.y obtener la ecuación de la recta de regresión correspondiente.

Se mide la absorbancia de la solución diluida de PNF en exceso a 400nm y se calcula la cantidad de PNF que quedo sin reaccionar, utilizando la curva de calibración.





0.00E+00 5.00E-06 1.00E-05 1.50E-05 2.00E-05 2.50E-05 3.00E-050

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

f(x) = 19744.7438992024 x − 0.00498084452981673R² = 0.998750466084903

Absorbancia vs Concentración

El valor Absorbancia de nuestra muestra dio: 0,328, por lo tanto la concentración de la muestra es de 1,74E-0,5 M. Es decir una concentración inicial de 3,48E-03M.

Esto nos da una masa de p-nitrofenoxido de sodio (PNFNa) igual a: 56,02 mgr.

Calculamos el rendimiento respecto del PNA: De los 0,75mmoles de PNF, quedaron sin reaccionar 0,348mmoles. Entonces tendríamos teóricamente 0,402mmoles de PNA, o sea 61,51mgr.

El rendimiento sería: 61,51 x 100% = 80,4%

76,5

Concentración (M) Absorbancia3,49E-06 0,0646,98E-06 0,1391,05E-05 0,21,40E-05 0,2731,74E-05 0,3282,80E-05 0,553




Nota: No obtuvimos el máximo rendimiento que podríamos obtener. Igualmente consideramos este porcentaje aceptable

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