Introducción-PRÁCTICA 7

NITRACIÓN DEL BENCENO

La nitración del benceno no puede efectuarse sólo con ácido nítrico, se necesita “activar” el nítrico mediante ácido sulfúrico, más fuerte que él. Se piensa que en ésta reacción el electrófilo es el ion nitronio, NO2+, que se genera a partir del ácido nítrico por protonación y pérdida de agua. MECANISMO:

1) Activación del ácido nítrico por el ácido sulfúrico (formación del ion nitronio)

Ion nitronio

2) Ataque electrófilico sobre el ion nitronio

3) Abstracción del protón por parte de la base conjugada del ácido sulfúrico.

La nitración de anillos aromáticos es una reacción de particular importancia, debido a que los nitroarenos que se producen pueden reducirse con reactivos como hierro o cloruro estannoso para formar aninoarenos (anilina).

Introducción-Práctica 6

SÍNTESIS DE ACETILENO

El potencial sintético del acetileno allana el camino a varias aplicaciones de la industria química, por ejemplo, para la producción de componentes de perfumes, vitaminas, aditivos de los polímeros, disolventes y compuestos activos de superficie.

El acetileno es el primer miembro de la familia de los alquinos y el único importante desde el punto de vista industrial.

 Este hidrocarburo se obtiene en la industria química por hidrólisis del carburo de calcio, el cual a su vez es obtenido por reacción del óxido de calcio con coke a elevadas temperaturas.

En la reacción de agua con carburo cálcico (CaC2); se forma hidróxido de calcio y acetileno, el gas formado en esta reacción a menudo tiene un olor característico a ajo debido a trazas de fosfina que se forman del fosfuro cálcico presente como impureza

CaC₂ + 2H₂O → Ca(OH)₂ + C₂H₂

Figura 1.- Equipo para generar Acetileno

Introducción-Práctica #5

TRANSFORMACIÓN DE ÁCIDO MALEICO A ÁCIDO FUMÁRICO

El anhídrido maleico, se hidroliza fácilmente dando el ácido maleico, que también tiene la configuración ci(Z) y es bastante soluble en agua y de bajo punto de fusión. Por acción del HCI dicho ácido se puede isomerizar a ácido fumárico, su isómero geométrico trans (E), que es muy insoluble y de punto de fusión elevado. 

Se supone que la isomerización ocurre a través de la adición 1,4 del cloruro de hidrógeno al sistema conjugado, formando un intermediario transitorio carente de doble enlace que explica la rotación de los enlaces de carbono, formándose la estructura trans (E), más estable, con eliminación del ácido clorhídrico.

Mecanismo de reacción

Un mecanismo sencillo que nos puede explicar esta transposición es el siguiente:

a) Si se parte del anhidrido maleico (más comercial), ocurre primero una hidrólisis al protonarse un oxígeno y entrar una molécula de agua en el carbono del grupo carboxilo, formándose el ácido correspondiente (ácido maleico. cis).

b) EI ácido maleico se protona, lo que provoca un corrimiento de electrones desde la doble ligadura, lo que deja una ligadura sencilla, con lo cual se gira inmediatamente, debido a la repulsión entre los grupos carboxilo, adquiriendo ahora la forma frans, más estable.

Introducción-Práctica 4

Introducción teórica

     Preparación de Ciclohexeno

      Deshidratación de alcoholes

Se trata también de una reacción de eliminación. Los elementos del agua se eliminan de carbonos adyacentes. Es necesario utilizar un catalizador ácido. El ácido empleado suele ser ácido sulfúrico (H₂SO₄) o ácido fosfórico (H₃PO₄) y la eliminación se lleva a término separando los productos a medida que se forman, con lo cual se consigue desplazar el equilibrio hacia la derecha. Ejemplos:

En el caso de la experimentación se utilizó  H2SO4.

En la deshidratación de alcoholes se observan tres hechos importantes:

• La reactividad relativa de los alcoholes disminuye en el orden: terciarios > secundarios > primarios.
• Algunos alcoholes dan alquenos con distinto esqueleto carbonado al que cabe esperar
• Es una reacción promovida por ácido.

Descripción del Proceso

En primer lugar se introducen en un mezclador el Ciclohexanol y una porción de ácido sulfúrico, una vez introducido se procede a la destilación. 

Cabe mencionar que la destilación se produce a unos 54ºC inicialmente ya que se evapora un azéotropo  formado por el agua y el Ciclohexeno que se crean durante la reacción. 

Una vez que la temperatura supera los 84 ºC se para la destilación, el residuo que no ha reaccionado se recircula ya que es principalmente Ciclohexanol aunque en parte es también materia orgánica degradada por lo que habría que realizarle un pre-tratamiento antes de realizar la recirculación.

En cuanto al destilado, está compuesto principalmente por Ciclohexeno aunque con porciones de agua(azeótropo) y algo de Ciclohexanol debido al factor de arrastre durante la destilación.

Introducción-Práctica 3

Introducción teórica

     Destilación

El proceso de la destilación consiste en calentar un líquido hasta que sus componentes más volátiles pasen a fase vapor y, posteriormente, enfriar el vapor hasta recuperar estos componentes en forma líquida mediante un proceso de condensación. 

Fundamento teórico

Una mezcla de dos líquidos miscibles destila a una temperatura que no coincide con las temperaturas de ebullición de los dos líquidos componentes de la mezcla. Esta temperatura puede ser intermedia entra las dos, superior o inferior. El vapor que se desprende no tiene la composición del líquido original, sino que es más rico en el volátil.

Tipos de destilación

Destilación simple: La destilación simple se utiliza cuando la mezcla de productos líquidos a destilar contiene únicamente una sustancia volátil, o bien, cuando ésta contiene más de una sustancia volátil, pero el punto de ebullición del líquido más volátil difiere del punto de ebullición de los otros componentes en, al menos, 80 ºC. El resultado final es la destilación de un solo producto, ya sea:

• porque en la mezcla inicial sólo había un componente, ó 
• porque en la mezcla inicial uno de los componentes era mucho más volátil que el resto
  


Destilación simple a presión reducida: La destilación a presión reducida o al vacío consiste en disminuir la presión en el montaje de destilación con la finalidad de provocar una disminución del punto de ebullición del componente que se pretende destilar.  


Destilación simple a presión atmosférica: La destilación a presión atmosférica es aquella que se realiza a presión ambiental. Se utiliza fundamentalmente cuando la temperatura del punto de ebullición se encuentra por debajo de la temperatura de descomposición química del producto.


Destilación fraccionada: La destilación fraccionada se utiliza cuando la mezcla de productos líquidos que se pretende destilar contiene sustancias volátiles de diferentes puntos de ebullición con una diferencia entre ellos menor a 80 ºC.


Al calentar una mezcla de líquidos de diferentes presiones de vapor, el vapor se enriquece en el componente más volátil y esta propiedad se aprovecha para separar los diferentes compuestos líquidos mediante este tipo de destilación.


Destilación por arrastre de vapor: La destilación por arrastre de vapor posibilita la purificación o el aislamiento de compuestos de punto de ebullición elevado mediante una destilación a baja temperatura (siempre inferior a 100 ºC). Es una técnica de destilación muy útil para sustancias de punto de ebullición muy superior a 100 ºC y que descomponen antes o al alcanzar la temperatura de su punto de ebullición.



Aplicación



La destilación constituye una de las principales técnicas de laboratorio para purificar líquidos volátiles.






La destilación se utiliza ampliamente en la obtención de bebidas alcohólicas, en el refinado del petróleo, en procesos de obtención de productos petroquímicos de todo tipo y en muchos otros campos de la industria. Es uno de los procesos de separación más extendidos.





Gráficas obtenidas de la experimentación


Análisis de la gráfica: Se aprecia que conforme aumenta la concentración de alcohol en el destilado, el índice de refracción igual se incrementa, por lo tanto se observa un crecimiento proporcional,obteniéndose una linea recta inclinada. 











Análisis de la gráfica: Conforme transcurre el tiempo la temperatura de la mezcla en destilación tiende a subir, pues se le aplica calor, pero esto no es siempre constante, ya que cuando se le suministra menos calor la temperatura disminuye. En la gráfica se puede observar que conforme aumenta la temperatura lo hace de igual forma el volumen de la mezcla que se obtiene como destilado, apreciándose una región que representa dicho volumen. 

Introducción-Práctica 2

Introducción teórica

Cristalización

La cristalización es una técnica mediante la cual se obtienen sólidos cristalinos. Se

puede emplear para purificar sustancias, para separar mezclas, o bien para obtener

cristales grandes y bien formados.

Los métodos más empleados para realizarla son aquellos en los que se parte de una

disolución saturada de la sustancia que se desea obtener como sólido cristalino. La

cristalización tendrá lugar siempre que se produzca una disminución en la solubilidad de

la sustancia en cuestión; dicha variación se puede originar de diversas formas:

a) Por enfriamiento lento de la disolución saturada caliente.

b) Por evaporación libre del disolvente a temperatura constante, en general a

temperatura ambiente.

Sublimación

Es un método de separación de fases donde una de éstas debe poder pasar del estado sólido al gaseoso sin tener que pasar por el líquido, como lo hacen el Yodo, la naftalina,el hielo seco, 1,4 diclorobenceno, etc. 

Cuando una de estas fases sublima, se separa de la otra. Solo se puede usar con sustancias que tengan esta propiedad.

La sublimación es un proceso muy fácil para aquellos materiales que no poseen fuerzas intermoleculares fuertes.

La mayoría de los materiales solo subliman cuando se calientan por debajo de sus puntos de fusión y a presión reducida.

Introducción-Práctica 1

Introducción teórica

Cromatografía en placa

La cromatografía en capa es una técnica analítica rápida y sencilla, muy utilizada en un laboratorio de Química Orgánica. Entre otras cosas permite:

• Determinar el grado de pureza de un compuesto. 
•  Comparar muestras. Si dos muestras corren igual en placa podrían ser idénticas. Si, por el contrario, corren distinto entonces no son la misma sustancia. 
• Realizar el seguimiento de una reacción. 

La muestra a analizar se deposita cerca de un extremo de una lámina de plástico o aluminio que previamente ha sido recubierta de una fina capa de absorbente (fase estacionaria). Entonces, la lámina se coloca en una cubeta cerrada que contiene uno o varios disolventes mezclados (eluyente o fase móvil). A medida que la mezcla de disolventes asciende por capilaridad a través del absorbente, se produce un reparto diferencial de los productos presentes en la muestra entre el disolvente y el absorbente. 

Los dos absorbentes (fase estacionaria) más amplia mente utilizados son la gel de sílice (SiO2) y la alúmina (Al2O3), ambas de carácter polar.

Cálculo de Rf

Para calcular el Rf se aplica la siguiente expresión: 

Rf = distancia recorrida por el compuesto (X) / distancia recorrida por el eluyente (Y)

La retención y la selectividad en la separación dependen de los valores respectivos de las constantes de los diferentes equilibrios químicos que tienen lugar, que están en función de: 

• La polaridad del compuesto, determinada por el número y naturaleza de los grupos funcionales presentes. Los disolventes se consideran polares si son eficientes en desplazar sustancias absorbidas y no polares los que casi no causan desplazamiento. 
• La naturaleza del disolvente. 

Cromatografía en columna

En la cromatografía en columna la separación se consigue haciendo fluir la mezcla a través de una columna de absorbente  Los compuestos emergen de la columna a tiempos diferentes, y pueden ser recogidos en fracciones separadas.

La fase estacionaria se deposita en el interior de una columna de vidrio que termina con una placa porosa que impide su paso y en un estrechamiento con una llave. La mezcla se deposita sobre la parte superior de la fase estacionaria mientras que la fase móvil atraviesa el sistema. 

Los compuestos van saliendo por separado de la columna y se recogen en fracciones, los más polares quedan más retenidos y para que salgan generalmente hace falta aumentar la polaridad del disolvente. El tiempo necesario para eluir un compuesto de la columna se llama tiempo de retención.

En una columna cromatográfica se deben tener en cuenta los siguientes términos:

•  matriz de la columna. Sustancia que está empapada de solvente y que  se empaqueta en la columna. También se denomina el lecho de la columna.
•  longitud de la columna. Longitud del dispositivo en el que se empaqueta la columna.
• volumen de la columna. Volumen total de gel que se empaqueta en una columna cromatográfica.
• volumen muerto de la columna. Cantidad de solvente que tiene que   atravesar la columna para asegurar que se ha reemplazado completamente.

Comúnmente se suele usar como absorbente alúmina o sílice. Las fases móviles se usan en función de la polaridad de los compuestos a separar.

A continuación se enumera una lista de menor a mayor polaridad de las fases móviles comúnmente usadas: 

• Hexano
• Tolueno
• Diclorometano
• Cloroformo
• Dietil éter
• Acetato de etilo
• Acetona
• 1-Propanol
• Etanol
• Metanol
• Agua

Bibliografía

• Química Orgánica Fundamentos Teórico-Prácticos para el Laboratorio, Lydia Galagovsky, Eudeba, 1ª Edición, 2002.
• https://sites.google.com/site/grupodepolimeros/cromatografia-en-columna
• http://ocw.uv.es/ocw-formacio-permanent/2011-1-35_Manual.pdf