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Division ramas de la psicología

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Division ramas de la psicología

  1. 1. GUIA DE PRACTICAS DE LABORATORIO DE QUIMICAORGANICA PARA TERCER AÑO DE BACHILLERATOLUIS BALLAGANJAVIER REINODIRECTOR DE TESIS: DR. JESUS ESTRADA G.RIOBAMBA, DICIEMBRE 2012
  2. 2. 1PRESENTACIÓNEstamos conscientes que las modificaciones en el campodidáctico no se pueden realizar desde un escritorio, sino quedebe ser el producto del análisis y la reflexión. La guía didácticade prácticas de laboratorio de Química es desarrollar en elestudiante una auténtica actividad científica, apoyada en lainvestigación, en la crítica y en la autocrítica, en la medida queseleccione las bases cognoscitivas y las destrezas técnicasnecesarias para incorporarse a la actividad estudiante; esto seha logrado al tiempo que se deja abierto el camino para laactualización y la formación permanente; indispensable para latoma de decisiones en el ámbito pedagógico, lo cual implicacriticar radicalmente a la escuela, los métodos, revelando lo quepermanece oculto.Postula la participación del estudiante como sujeto activo de supropio aprendizaje y su finalidad es la conquista de su propiapersonalidad.La novedad radica también en la utilización de lasnumerosas técnicas didácticas que en el activismo pedagógicorepresentan verdaderas formas de experiencias.Finalmente debemos manifestar que una actitud crítica de losprocesos didácticos sólo será eficaz con la participación delestudiante, es decir en esta corriente se aprende mientras seenseña y viceversa, en una interacción permanente.
  3. 3. 2¿En qué consiste motivarse, para el aprendizaje de la Química?Para conocer las necesidades, intereses, deseos, afanes delestudiante, etc., que la inducen a comportarse de determinadamanera, y en base a ella podemos actuar para despertarverdaderamente su interés y hacer de sus necesidades nosentidas a necesidades sentidas. En la medida en que elestudiante tome conciencia de la manera en que el aprendizajede ciencias puede ayudarle a satisfacer sus necesidades,aumenta su interés por llevarlo a la práctica.Por otro lado, en la misma medida en que el aprendizaje de lasciencias es significativo en la vida del estudiante, se logra lamáxima atención en:a. Observar situaciones de la vida cotidiana.b. Realizar actividades extra clase.c. Realizar prácticas en el laboratorio.d. En la investigación bibliográfica.Se logra el mayor esfuerzo para:a. Buscar soluciones adecuadas a los problemas confrontados.b. Distribuir su tiempo de manera más provechosa.c. Aplicar su capacidad al logro de resultados satisfactorios.La plena participación del estudiante en el proceso enseñanza-aprendizaje pone de manifiesto la íntima relación que existeentre la necesidad, interés, atención, esfuerzo y satisfacción que
  4. 4. 3surgen consecuentemente en ésta relación de estímulosexternos y fuerzas íntimas.El estudiante está motivado por el aprendizaje de las cienciasexperimentales:a. Cuando está convencido de que las ciencias experimentalesson en sí mismas interesantes, útiles y necesarias, por lotanto vale la pena su aprendizaje.b. Cuando está convencido de los objetivos propuestos, lospercibe con claridad, los hace suyos y se propone lograrlos.Podemos afirmar que la motivación es activar los motivos,despertar en los estudiantes necesidades, intereses, deseos,curiosidades; para que busquen y obtengan satisfaccionessignificativas y aplicables a su vida personal, debe serpermanente y no solo momentánea.
  5. 5. 41. PRESENTACIÓNLa elaboración y aplicación de la guía de prácticas delaboratorio de Química constituye uno de losdesafíosqueseplantealaescueladehoy, consiste en preparar alos bachilleres para insertarse en un mundo que se caracteriza,entre otras cosas, por la gran diversidad y complejidad de lasproblemáticas emergentes de la sociedad contemporánea,como por la vertiginosidad con que se construyen y secomunican los nuevos conocimientos científicos y por losgrandes avances tecnológicos. Esto conlleva a que lasociedad demande del bachillerato una educación sustentadaen lo científico, que complete y amplíela alfabetizaciónbrindada en la enseñanza general, orientando a los estudiantesen la búsqueda de respuestas.Como la institución de bachillerato es el ámbito natural decirculación de los conocimientos y en el marco de los desafíosque plantean la ciencia y la tecnología a la educación, elsistema educativo no puede quedar ajeno a la demanda, por loque es necesario propulsar el tratamiento de contenidossostenidos en un quehacer científico.En este contexto, el Colegio “Pedro Vicente Maldonado” tienecomo finalidad proporcionar a los estudiantes herramientasespecíficas para desempeñarse en un determinado campo de
  6. 6. 5conocimiento y desarrollar un pensamiento estratégico yflexible, que capacite mejor para actuar en ese mundocomplejo y cambiante.En el campo del conocimiento de la Química, abordamos loscontenidos de las mismas para “dar sentido al mundo que nosrodea y entender el sentido del conocimiento científico y suevolución” a través de una educación científica que les permita: El aprendizaje de conceptos y la construcción de modelos. El desarrollo de destrezas cognitivas y de razonamientocientífico. El desarrollo de destrezas experimentales y de resoluciónde problemas. El desarrollo de actitudes y valores. La construcción de una imagen de la ciencia.Conocer científicamente la Química recreativa significa“descubrir” la realidad, sino elaborar modelos alternativos,éstos modelos son construidos “sobre” la realidad y nonecesariamente “a partir” de ella. Este panorama conformauna manera más adecuada de entender en términos actualesel verdadero valor de la ciencia y su contribución a lacomprensión del mundo que nos rodea. Por lo cual, la cienciaexperimental no es un discurso sobre lo real, sino un procesosocialmente definido de elaboración de modelos para
  7. 7. 6interpretar la realidad, por lo tanto, la ciencia no puedeenseñarse sin esa dimensión procesual.Por lo expuesto no basta con entender a la Química como algoinvariable. Resulta necesario concebirla en su dinámica, en sucontinua evolución. Coherentemente con esta posturadeberíamos abordar los contenidos de enseñanza de lasciencias Químicas con metodologías experimentales acordesy apropiadas al desarrollo de las metas propuestas por losfuturos bachilleres.El abordaje de los contenidos de la guía didáctica de Química,se intentará lograr la construcción de aprendizajes auténticos.En ello es indispensable buscar estrategias acordes para eldesarrollo de la comprensión, más que hacia simpleacumulación de datos y hechos. Comprender requiere poneren marcha procesos cognitivos más complejos que la simplerepetición. Sin embargo, esto no significa que ya no esnecesario enseñar datos en las ciencias, sino que elaprendizaje de los mismos debe tener carácter funcional, esdecir, debe ayudar a conseguir aprendizajes significativos.Explícitamente; la enseñanza de datos o contenidos actualesdebe subordinarse a la comprensión y aplicación de losconocimientos.Luis BallagánJavier Reino
  8. 8. 72. OBJETIVOSElaborar y aplicar la guía de prácticas de laboratorio deQuímica para el aprendizaje de los estudiantes de tercero debachillerato del Colegio “Pedro Vicente Maldonado” de laciudad de Riobamba.2.1. OBJETIVOS ESPECÍFICOSDeterminar si la guía de prácticas de laboratorio de Químicapara el aprendizaje de los estudiantes de tercero debachillerato del Colegio “Pedro Vicente Maldonado” de laciudad de Riobamba.Demostrar cómo la aplicación guía de prácticas de laboratoriode Química si mejora el aprendizaje de Química de losestudiantes de tercero de bachillerato Colegio “Pedro VicenteMaldonado” de la ciudad de Riobamba. Conocer las ciencias Químicas y valorarlas para mejorar sucalidad de vida. Descubrir que toda acción pedagógica va acompañada deciertos procedimientos didácticos experimentales para eldesarrollo de las prácticas de Química. Buscar las causas de los hechos y fenómenos que ocurrenen el universo mediante actividades que contribuyan al
  9. 9. 8desarrollo del aprendizaje de la Química. Valorar la organización y colaboración de los estudiantespara el trabajo en equipo.3. JUSTIFICACIONLa Guía de prácticas de laboratorio de Química, se justificaporque el desarrollo de estrategias cognitivas diversas, derazonamiento científico, y de destrezas para la resolución deproblemas, requiere de la diferenciación de los conceptos deestrategias y técnicas.La guía de prácticas de laboratorio contienen actividadesdeliberadas y controladas por parte del estudiante, queimplican una planificación y toma de decisiones sobre loscaminos a seguir, en cambio las técnicas consisten por logeneral en aplicaciones rutinarias automatizadas comoconsecuencia de una práctica repetida.La Guía de prácticas de laboratorio de Química, exige quedesde cada espacio curricular, deba promoverse actitudes yacciones específicas, acordes con los procesos propios de lascomunidades científicas. En ese ámbito el aprendizaje de lasactitudes deberá abordarse en un contexto en que los valores
  10. 10. 9subyacentes sean explicitados en función de las decisiones yproyecciones de los sujetos que aprenden y de los términosen que se desarrolla la actividad científica de maneraapropiada. Esto permitirá a los estudiantes interiorizar formasde comportamiento y de acercamiento al conocimientocientífico, potencialmente útiles para diferenciar, identificar yvalorar contextualmente esta producción respecto de losmismos, a otras formas de conocimiento.La Guía de prácticas de laboratorio de Química, orienta enconstruir una imagen de la ciencia, experimental que impliqueademás del conocimiento de conceptos y principios como el desu análisis, el abordaje del desarrollo de actitudes y valores,como elementos comprometidos dentro de la referidaconstrucción del conocimiento.Se justifica porque responde a: Profundizar, focalizar y contextualizar los contenidos deQuímica a la comprensión e interpretación de los procesosnaturales y de la interacción del ser humano desde unaperspectiva multidisciplinaria, favoreciendo las capacidadesdel estudiante para vincularse con la comprensión,producción y aplicación de la investigación, constituyéndoseen promotores del mejoramiento del medio ambiente y la
  11. 11. 10salud. Aporta elementos para poder asumir una posición crítica yreflexiva sobre los fenómenos de la naturaleza frente a lainformación científica existente.4. CRITERIOS PARA LA SELECCIÓN DE CONTENIDOSDesde un enfoque cognitivo y constructivista que representa laGuía de Prácticas de laboratorio de Química, se proponeponderar el pensamiento y el papel activo del sujeto en el quesustentamos nuestras diferentes expresiones, y criterios parala selección de contenidos: Coherencia con la lógica propia de las disciplinas queforman parte de este campo de conocimientos. Debemos seleccionar los contenidos para facilitar lacomprensión de los hechos y fenómenos de la naturaleza. Pertinencia en relación con la estructura cognitiva de losestudiantes de bachillerato. Debemos considerar las características propias delestudiante, las capacidades potenciales y la formaciónprevia, elementos que permitirán jerarquizar, previo análisis,el tratamiento de los contenidos en el proceso deaprendizaje de la Química. Relevancia social y validez científica, es importante eltratamiento de los contenidos para evitar ladescontextualización.
  12. 12. 11 Interrelación e integración de contenidos, a través de laarticulación de los mismos, que favorece una perspectivaintegradora de las disciplinas que integran este campo deconocimiento y la posibilidad de articular con otros campos. Transferibilidad, es la necesidad de aplicar los aprendizajesadquiridos a nuevos contextos y situaciones de losbachilleres del país. Continuidad y progresión que consiste en profundizar losconocimientos con relación a las posibilidades decomprensión de nuestros estudiantes llevándolos acontextos más amplios, complejos y diversos. La dinámica de la generación de nuevos conocimientos enel mundo actual, implica desarrollar el concepto deformación permanente del bachiller.5. ORIENTACIONES DIDACTICASPretendemos que los estudiantes a través de la adquisición delos conocimientos del campo de la Química, construyanactitudes, procedimientos y conceptos que no podrían elaboraren contextos cotidianos, que posteriormente podrántransferirlos aplicándolos a nuevos contextos y a nuevassituaciones.Por lo expuesto planteamos la necesidad que las actividades
  13. 13. 12de enseñanza que se propongan, favorezcan la integraciónentre los conocimientos cotidianos que traen los estudiantes,conocidos también como “alternativos”, “previos”, y losconocimientos científicos que procuramos enseñar en laescuela, para ello debemos seleccionar estrategias deenseñanza apropiadas que permitan alcanzar esta complejainiciativa.Recomendamos, en base a lo dicho hasta aquí, las siguientesestrategias de enseñanza:La resolución de problemas, presentando a los estudiantes elanálisis de situaciones significativas y problematizadoras, paralas cuales no tengan una explicación total ni inmediata ypuedan resolverlas a través de la búsqueda de información y/ode la experimentación, activando distintos procesos cognitivoscon el fin de propender el pensamiento hipotetizador.La experimentación es una estrategia que ocupa un lugarimportante en este campo de conocimientos, a través de ellase posibilita: Diseñar experimentos. Contrastar ideas previas con nuevos conocimientos. Desarrollar la creatividad y de la iniciativa. Trabajar en grupo.
  14. 14. 13 Analizar resultados. Explicitar y fundamentar conclusiones. Comunicar los resultados mediante informes y participar enespacios de puesta en común.6. ORIENTACIONES PARA LA EVALUACIÓN.La situación de evaluación, es toda actividad llevada a cabopor los estudiantes que pueda ser considerada para laevaluación, si es que existe en el docente la intencionalidad deanalizarla previo al establecimiento delos criterios.Los criterios de evaluación constituyen referencias didácticasque los docentes construimos para interpretar, valorar y formarjuicios sobre los aprendizajes de nuestros estudiantes.Las estrategias para el aprovechamiento de la informacióntienen como propósito la toma de decisiones que permitanorientar y mejorar la enseñanza y el aprendizaje, a partir de lasdiferentes interpretaciones que podamos realizar de lainformación obtenida en una evaluación, siempre desde loscriterios de evaluación establecidos.Además, la evaluación implica un trabajo compartido de los
  15. 15. 14equipos docentes para consensuar aspectos referentes a loscriterios de evaluación. Para el establecimiento de los criteriosde evaluación en este campo de conocimiento, sugerimosconsiderar: El grupo de estudiantes a la que está dirigida la evaluación. El momento del proceso en que se evalúa Las habilidades del pensamiento que pretendemos lograr. Los conceptos estructurales que organizan los contenidosque enseñamos. Las actitudes que pretendemos promover. La autoevaluación, como un espacio apropiado para que elestudiante reflexione sobre sus propios progresos ydificultades, esto es, reflexionar meta cognitivamente.En este contexto de ideas, dependiendo del tipo de contenidosque se trate y en coherencia con los fundamentos expuestosen cada uno de sus espacios curriculares, en la Ciencias sevuelven importantes actividades de evaluación como:Elaboración de informes experimentales cuya estructuracontemple: Los fundamentos teóricos que sirvieron de referenciapara las interpretaciones y la explicitación de los modelosfísicos utilizados con sus respectivos rangos de validez,
  16. 16. 15basados en datos experimentales. La descripción del proceso de diseño que se siguió para latoma de datos y los instrumentos utilizados o elaborados,con sus respectivos registros, trasformaciones yafirmaciones de conocimiento, contemplando los márgenesde error. La valoración de las conclusiones tanto desde el punto devista de la producción y expectativas individuales ogrupales, cuanto desde el contexto del conocimientoescolar desplegado en el aula. La resolución de problemas escritos en los que secontemple, un análisis cualitativo de la pertinencia e interésde los mismos tanto para el aprendizaje significativo de untema, cuanto para la continuidad de los aprendizajes o laintegración de conocimientos previos. Una exploración de los significados puestos en juego en elcontexto del problema, sea a nivel de conceptos, modelos oteorías. Una referencia explícita a los procedimientos yestrategias de cálculos utilizados, así como unaponderación adecuada de los resultados.
  17. 17. 16PRÁCTICAS DE LABORATORIO DE QUIMICAEXPERIMENTO N° 11. TÍTULO: Normas de seguridad para el trabajo en elLaboratorio.2. OBJETIVOS: El alumno conocerá y aprenderá el reglamento interno, yreconocerá que su acatamiento hará más seguro su trabajoen todo laboratorio de química. El alumno conocerá las principales causas de incendios yexplosiones. El alumno estudiará el pequeño anexo de primeros auxilios.3. MARCO TEÓRICO:Debido a los riesgos que implica la manipulación cotidiana desustancias perjudiciales al organismo humano, el químico debesiempre comportarse respetuoso de los peligros inherentes asu actividad, y ejercer las mayores precauciones. Esigualmente importante que conozca el daño que estassustancias, mal tratadas o mal desechadas, pueden ocasionara sus semejantes y al ecosistema.Por lo anterior, consideramos que es indispensable que todoprofesional de la química y de carreras afines conozca einterprete adecuadamente el reglamento básico al que debeajustarse su comportamiento. El respeto de dicho reglamento loayudará a preservar su salud e integridad física, lo sensibilizarásobre el hecho de que su labor conlleva un riesgo para sussemejantes y su medio ambiente, y le permitirá desarrollar elsentido crítico necesario para enfrentar aquellas situacionesimprevistas para las que este reglamento no es suficiente.Sugerimos que este reglamento se lea y analicecuidadosamente antes de iniciar cualquier actividad en ellaboratorio de Química Orgánica.
  18. 18. 174. ORIENTACIONES METODOLÓGICAS:a) Reglamento básicoA continuación se presenta una serie de reglas básicas quedeben seguirse en el laboratorio de Química Orgánica. Conocer bien las propiedades físicas, químicas ytoxicológicas de las sustancias que se van a utilizar. Nuncatrabajar solo en el laboratorio. Usar siempre bata. Usar lentes protectores y guantes cuando sea necesario. Manipular el equipo caliente con guantes de asbesto opinzas, para evitarquemaduras. Mantener libre de objetos innecesarios la zona de trabajo. Nunca perder de vista los reactivos y el sistema con que seesté trabajando. No comer, fumar o jugar dentro del laboratorio. Utilizar todo el material de laboratorio limpio y seco. Nunca pipetear los reactivos líquidos con la boca. Nunca devolver al envase original los remanentes dereactivos no utilizados. Lavarse bien las manos al final de cada sesión de laboratorio. Antes de usar un reactivo, verificar los datos anotados en laetiqueta yconsultar sus propiedades físicas, químicas ytoxicológicas para manejarlo adecuadamente. Nunca probar el sabor u olor de ningún producto, a menosque sea estrictamente necesario y seguro. Para oler una sustancia, ésta no debe ponerse directamentedebajo de la nariz; por el contrario, se mueve la mano sobreella para percibir su aroma sin peligro. Los productos químicos nunca se tocan directamente con lasmanos, especialmente aquellos que, además de su toxicidad,pueden producir quemaduras graves. Todo manejo se harámediante espátulas. Todo compuesto volátil o que desprenda humos o vaporestóxicos deberá manejarse en las campanas o permanecer enun lugar ventilado.
  19. 19. 18 Si se derrama ácido sobre la mesa, se debe recogerinmediatamente y lavarla superficie con agua varias veces. No debe mirarse dentro de un tuboo matraz que contengauna reacción o sustancia que se esté calentando. Las soluciones concentradas de álcalis o ácidos debenneutralizarse antes de ser desechadas por el desagüe. No se deben tirar por la tarja líquidos inflamables, irritables olacrimógenos. Cuando utilice ácidos, hágalo en la campanade extracción y siempre protegido con guantes y lentes deseguridad. Para preparar una solución diluida de ácido se debe añadir,lentamente, con agitación y con enfriamiento externo, elácido al agua, nunca el agua sobre el ácidoya que lareacción es muy exotérmica y puede proyectarseviolentamente. Antes de poner a calentar líquidos, éstos deben estar bienmezclados (si son miscibles; en caso contrario, al hervir el demenor punto de ebullición puede proyectarse o explotar. Losde bajo punto de ebullición no se deben calentar nunca enrecipientes de cuello corto). En una destilación no se deben obstruirlos condensadores nilos tubos de evacuación.b) IncendiosLas razones más comunes de incendio son: Hacer hervir un disolvente volátil o inflamable con unmechero y sin un condensador. Mantenerlo cerca de alguna fuente de calor o chispa. Arrojar reactivos y los desechos de reacciones exotérmicas uórgano metálicas en la tarja. Mezclar sustancias que al reaccionar generan vapores ogases inflamables. No respetar las condiciones de almacenamiento de reactivosinestables, volátiles o que pueden reaccionar violentamente
  20. 20. 19con: temperatura, agua, ácidos, bases, agentes oxidantes,reductores o compuestos de elementos pesados.Las precauciones que se deben de tomar son lassiguientes: Conocer bien la toxicidad de cada reactivo y lasprecauciones de necesarias al usarlo. Evitar el uso de mecheros; en su lugar se usarán baños deagua, parrillas de calentamiento o canastillas. Ser muy cuidadoso al utilizar disolventes inflamables yvolátiles. Conocer la temperatura de ignición espontánea de lassustancias.c) ExplosionesLas explosiones pueden ocurrir en las siguientes situaciones: Una reacción exotérmicano controlable (que provocaexplosión y fuego). Una explosión de residuos deperóxidosal concentrarsoluciones etéreas a sequedad. Una explosión por calentamiento, secado, destilaciónogolpede compuestos inestables. Mezclar sustancias incompatibles que generan vapores ogases inflamables o explosivos. Para evitar explosiones, una regla esencialesconocer las condiciones de almacenamiento yuso de cada sustancia.d) Primeros auxilios En caso de incendio, aléjese rápidamente y permita que suasesor lo apague con el extinguidor que debe haber en ellaboratorio. Si esto ya no es posible, salga rápidamente dellaboratorio. Si el fuego afecta ya a algún compañero, trate de
  21. 21. 20quitarle las prendas que se estén consumiendo y retírelo dela zona del siniestro. En caso de explosión, salga inmediatamente del laboratorioy, si le es posible, ayude a sus compañeros afectados. Aviseal resto del personal de laboratorio para que presten auxilio. Si se salpica la piel con ácidos, lávese inmediatamente conagua abundante y aplíquese una disolución de bicarbonatosódico. Si una sustancia lo salpica sobre los ojos, enjuágueseinmediatamente con el lava ojos o bien con agua abundantey después con una solución de bórax (que debe existir en elbotiquín del laboratorio). Si persisten las molestias, consulteal médico. Cuando se ingiere un ácido fuerte, se puede neutralizar conmeloxo su equivalente. Cuando se ingiere una base se neutraliza con jugo denaranja o de uva, o con vinagre. Cuando se haya ingerido una sustancia venenosa o tóxica ysea necesario provocar vómito, utilice un esmético. Emético: es una mezcla de sustancias que sirven paraproducir el vómito y liberar al estómago del veneno. Algunoseméticos son: Agua con mostaza: se agrega una cucharadita de té demostaza a un vaso de agua caliente. Se administra unacuarta parte del contenido. Agua salada: se disuelven dos cucharaditas de sal en aguacaliente y se toma la dilución a intervalos de un minuto hastasuministrar más o menos cuatro vasos. Agua con jabón: se agita un pedazo de jabón en aguacaliente.Nota: Los eméticos no deben administrarse nunca cuando elpaciente esté:a) Inconsciente o con convulsiones
  22. 22. 21b) Incapacitado para deglutirc)Lastimado por haber tragado un veneno corrosivo Para neutralizar el efecto de una sustancia venenosa otóxica, debe administrarse un antídoto.Antídoto: es una sustancia que se suministra para hacerinofensivo un veneno o para retardar su acción.Antídoto universal: esta mezcla se prepara con dos partes decarbón activado, una de óxido de magnesio y una de ácidotánico. Se homogeniza totalmente y se guarda en seco. Paraadministrar se disuelven 15 g en medio vaso de agua caliente.Si es necesario, se practica un lavado estomacal. Cuando la piel haya estado en contacto con una sustanciavenenosao haya sufrido alguna quemadura, después delavar la zona afectada aplique un emoliente.Emoliente; sirve para quitar el dolor de los tejidos ymembranas inflamadas, por ejemplo la clara de huevo, la lechey el agua de cebada. Se administra después de eliminar elveneno.5. MATERIALESe) Botiquín de primeros auxiliosEl botiquín de primeros auxilios debe existir en todo laboratoriode química y debe contener: Material de curación Gasas Apósitos Torundas hisopos Tela adhesiva
  23. 23. 22 Instrumental Tijeras depunta Pinza de disecciónsin dientes Jeringas de variostamaños Un torniquete Vendas Antisépticos Alcohol Agua oxigenada Merthiolate Benzal Violeta de genciana Vinagre Bicarbonato de sodio Ácido bórico (bórax) Melox6. PARATEXTOFuente: E.R. Plunkett. 1978. Manual de toxiologíaindustrial. Enciclopedia de la Química Industrial.España. Urmo.
  24. 24. 23Autores: Ballagán, Reino7. INVESTIGACIÓN EN EL AULA Describa brevemente las normas básicas de conducta que sedeben observar en todo laboratorio. Antes de manipular una sustancia, ¿qué es lo que debeconocer de ella? ¿Cuáles son las causas más frecuentes de incendio en unlaboratorio de química? ¿Qué son un antídoto y un emético? Si un compañero ha ingerido una sustancia corrosiva y estále ha afectado la garganta, la tráquea, etc., ¿por qué no debeprovocarse el vómito? ¿Cómo se prepara el antídoto universal?8. BIBLIOGRAFÍAE.R. Plunkett. 1978. Manual de toxiología industrial.Enciclopedia de la Química Industrial. España. Urmo.EXPERIMENTO N° 21. TÍTULO: Identificación de Grupos Funcionales Orgánicos.2. OBJETIVO: El alumno aprenderá a identificar los gruposfuncionales que se encuentran en compuestos orgánicos deorigen natural o sintético mediante pruebas a la gota.3. MARCO TEÓRICO:El comportamiento químico y físico de una molécula orgánicase debe principalmente a la presencia en su estructura de unoo varios grupos, funciones o familias químicas. Los gruposfuncionales son agrupaciones constantes de átomos, en dis-
  25. 25. 24posición espacial y conectividad, que por tal regularidadconfieren propiedades físicas y químicas muy similares a laestructura que las posee. En química orgánica los gruposfuncionales más importantes son los que se muestran en latabla 2.1.TABLA 2.1 PRINCIPALES FUNCIONES ORGÁNICAS DE ACUERDO CONSU PRIORIDAD Y SU REACTIVIDADNota: Los grupos R, R y R" representan cualquier grupo alquilo o arilo, y Xrepresenta un halógeno (F, Cl, Br o I).La mayoría de estos grupos funcionales se presentan en lasmoléculas de origen natural. Algunas de éstas, por ejemplo loshalogenuros de acilo, por su reactividad son poco frecuentesen la naturaleza y se utilizan más como intermediarios ensíntesis orgánica.
  26. 26. 25Las propiedades físicas y químicas de una molécula sencillaestán determinadas por la presencia de alguno de estosagrupamientos, pero en la mayoría de las moléculas más útiles,naturales o sintéticas existen varios de estos agrupamientos.En tal caso las propiedades físicas y químicas de la moléculason el resultado del comportamiento combinado y de ladistribución espacial de las funciones químicas presentes enella.Para un profesional de la química es muy importante averiguarqué grupos funcionales posee una molécula, ya que de ellodependerá en ocasiones el poder predecir sus propiedades oexplicar su comportamiento en un proceso químico o físico.3.1 Clasificación de una molécula en un grupo funcionalLa técnica descrita más adelante permitirá al alumno clasificaruna molécula desconocida dentro de una familia orgánicamediante pruebas a la gota con diversos reactivoscolorimétricos (Fig. 2.1) Tales pruebas aprovechan laspropiedades químicas más notorias; por ejemplo los ácidoscarboxílicos, disueltos en agua, generan un exceso de ionesH30+y las aminas un exceso de iones OH". Estos iones puedendetectarse midiendo el pH, mediante papel indicador outilizando una disolución indicadora sencilla o medianamenteelaborada como el llamado indicador universal, el cualmanifiesta un color que depende del pH de la disoluciónanalizada.Con un ácido, el indicador universal vira a color rojo y con unabase, a color verde azulado. Si al agregar unas gotas delindicador la mezcla no cambia su color amarillo, la moléculaanalizada no es ni ácido ni base. Para clasificar una moléculacon tales características se utiliza KMn04, un agente oxidanteneutro. Con este reactivo se detectan los grupos fácilmenteoxidables de la molécula. Cuando tal oxidación ocurre, ladisolución de KMn04, inicialmente de color violeta oscuro, setorna de color amarillo claro o incolora y se observa la
  27. 27. 26precipitación de dióxido de manganeso, Mn02. Algunos de losgrupos oxidables son a) los aldehídos, que al reaccionarproducen ácidos carboxílicos, y b) los alquenos, queinicialmente se transforman en dioles que por oxidacionesposteriores producen dos moléculas carboxílicas, RCOR" yRCOR".Figura 2.1 Ruta recomendada para la clasificación de una molécula desconocida enun grupo funcional orgánicoa) Con un aldehídob) Con un alqueno
  28. 28. 27Los alcanos, alcoholes y cetonas no se oxidan con la disoluciónneutra de permanganato de potasio y deben identificarse deotra forma.c) Con un reactivo de TollensPara distinguir entre un alqueno y un aldehido se utiliza elreactivo de Tollens, que al reaccionar con un aldehido provocala reducción de la plata, lo cual se detecta por la formación deuna película plateada o espejo de plata en el recipiente deprueba.d) Cetonas e hidracinasLas cetonas reaccionan con las hirazinas, por ejemplo con la 2,4- dinitrofenilhidrazina, (NO2)2C6H3─NH─NH2, para formarhidrazonas que suelen ser compuestos muy coloridos por lapresencia del grupo C=N─ en su estructura.e) Reacción de alcoholes con sodio metálicoPara distinguir los alquenos de los alcoholes puede recurrirse auna pequeña propiedad de las moléculas que poseen gruposOH. Los alcoholes, al igual que el agua, reaccionan con elsodio metálico (y con el litio) para dar un alcóxido de sodio (ode litio) e hidrógeno gaseoso. En consecuencia, los alcoholesde detectan ´por el burbujeo del hidrógeno gaseoso. Enconsecuencia, los alcoholes se detectan por el burbujeo delhidrógeno generado al reaccionar con el sodio metálico.
  29. 29. 28Finalmente, debemos decir que como los alcanos noreaccionan tampoco con el sodio metálico, puede utilizarseesta última reacción para distinguir entre un alcano y unalcohol.4. MATERIALES A UTILIZAR EN EL EXPERIMENTO:Materiales de vidrio12 tubos de ensaye pequeños c/tapón2 vasos de precipitado de 50 ml2 pipetas Pasteur1 pipeta graduada de 5 ml1 propipeta2 matraces aforados de 100 ml2 matraces aforados de 50 ml1 matraz Erlenmejer de 50 ml1 varilla de vidrioNota: Si desconoce alguna pieza de vidrio o equipo delaboratorio, puede revisar el anexo B del material de vidrio yequipo de laboratorio.Equipo de Laboratorio1 espátula1 gradilla para tubos de ensayeSustanciasn-heptano (un alcano)ciclohexeno (un alqueno)etanol o n-butanol (alcoholes)propionaldehído o butiraldehído (aldehidos)
  30. 30. 29acetona o 2-butanona (cetonas)ácido acético o ácido propiónico (ácidos carboxílicos)dietilamina (aminas)permanganato de potasio, KMnO4nitrato de plata, AgNO3hidróxido de sodio, NaOHhidróxido de amonio, NH4OHetanol, C2H5OHácido sulfúrico, H2SO4ácido nítrico, HNO32,4-dinitrofenilhidrazinasodio metálico, Nafenolftaleinarojo de metiloazul de bromotimolamarillo de metiloazul de timol5. EXPERIMENTACIONSe numeran 10 tubos de ensaye pequeños y se colocan enellos las sustancias en la cantidad indicada en la tabla 2.2.Además de la siguiente lista de sustancias pueden analizarsedos sustancias problema, que bien pueden ser muestras de lasanteriores prácticas o muestras proporcionadas por el asesordel alumno. Las llamaremos molécula problema 1 (MP1) ymolécula problema 2 (MP2).TABLA 2.2 SUSTANCIAS RECOMENDADAS PARA ANALIZARSE YCANTIDADES SUGERIDASTuboNo.Sustancia Volumen/gotas1 Ácido acético opropiónico102 Agua destilada 103 Dietilamina 104 Propionaldehído o 10
  31. 31. 30butiraldehído5 Ciclohexeno 106 Propionaldehído obutiraldehído27 Ciclohexeno 28 Acetona 109 Etanol 2010 n-heptano 20Una vez hecho esto, proceda a realizar las pruebas que acontinuación se indican.A) Se adicionan 10 gotas de agua destilada a los tubos 1-3, semezcla perfectamente y se agrega una gota del indicadoruniversal.Recuérdese que: Si la disolución se torna roja, hay un ácido carboxílicopresente. Si la disolución se torna azul-verdosa, hay una sustanciabásica presente, muy probablemente una amina. Si la disolución se torna amarillo-verdosa o amarillo-naranja,la disolución es neutra y puede tratarse de un alcano, unalqueno, un aldehído, una cetona o un alcohol. Si éste es elcaso, procesa a la siguiente etapa.B) Se agregan 10 gotas de agua destilada y 5 gotas dedisolución 0.02M de KMnO4 a los tubos 4 y 5. Se agitasuavemente cada tubo por aproximadamente un minuto. Si después de este tiempo se observa la formación de unprecipitado color café (MnO2), se trata de un aldehído o de unalqueno. Si no ocurre cambio de color y la mescla permanece de colorvioleta oscuro, ello indica que no ocurrió reacción y que setrata de un alcano, un alcohol o una cetona.
  32. 32. 31C) Se agregan 2.0 ml de reactivo de Tollens a los tubos 6 y 7,se agita suavemente por dos minutos y se deja reposar porotros 5 minutos. Si se observa la formación de una capa de precipitado, elespejo de plata, se trata de un aldehído. Si no se observa precipitado alguno, se trata de un alqueno.D) Se agregan 2.0 ml de disolución de 2,4-dinitrofenilhidrazina(precaución:es tóxica) al tubo 8, se agita vigorosamente y se deja reposarpor dos minutos.Si no se forma de inmediato un precipitado, deberá dejarsereposar hasta 15minutos. Si se observa la formación de un sólido amarillo-anaranjado,la reacción ha ocurrido y se trata de una cetona. Si no se observa precipitado alguno (ignore la turbidez), lareacción no ha ocurrido y se trata de un alcano o de unalcohol.Nota:a) Lo recomendable es agregar una o dos gotas delaldehído o la cetona que se va a estudiar a 2 ml de etanol al95% y agregar esta mezcla a 3 ml de la disolución de 2,4-dinitrofenilhidrazina. b) Si se hace reaccionar un aldehído conla 2,4-dinitrofenilhidrazina, puede producir una coloraciónamarillo anaranjada y confundirse con una cetona; sinembargo, puede distinguirse entre ambos mediante la reaccióndel permanganato de potasio.E)Se agrega a los tubos 9 y 10 una pequeña pieza de sodiometálico (precaución;el sodio metálico debe manejarse con cuidado y alejarse delagua). Agítese
  33. 33. 32suavemente por unos 15 segundos y obsérvese si ocurrealguna reacción. Si el sodio metálico se disuelve y hay burbujeo, se trata de unalcohol. Si no se observa reacción alguna, se trata de un alcano.F) Se determina qué grupo funcional hay en las muestras MP1y MP2 siguiendoel esquema mostrado antes. Para ello, se puede repetir lohecho en las etapasA a E, teniendo cuidado de que en esta última etapa, al trabajarcon so-dio metálico, no disuelva las sustancias en agua o disolventespróticos(con hidrógenos liberables), ya que reaccionará vigorosamentey podríaincendiarse.Para concluir sobre el grupo funcional de estas dos especies sepueden realizar otras pruebas, como la determinación del puntode fusión, la medición del índice de refracción, el olor, el color,la espectroscopia IR, UV-Visible, etcétera.5.1 PreparacionesIndicador universalPara preparar el indicador universal se disuelven en 200 ml deetanol 50 mg de fenolftaleína, 100 mg de rojo de metilo, 150mg de amarillo de metilo, 200 mg de azul de bromotimol y 250mg de azul de timol. Una vez que se obtiene una disolución decolor rojo oscuro, se adiciona gota a gota (aproximadamenteentre 20 y 25 gotas) una disolución 1M de NaOH hasta que ladisolución sea de un color amarillo oscuro. Cuando esto hayaocurrido, se afora a 250 ml con alcohol etílico y se agita confuerza para mezclar perfectamente. La disolución se cubre y seguarda en un lugar fresco. Este indicador universal manifiesta
  34. 34. 33un color que depende fuertemente del pH de la disolución enque se adicione (Tabla 2.3).Tabla 2.3 Color de la disolución en que se adiciona elindicador universal, dependiendo del PH de la disoluciónpH Color2 Rojo4 Anaranjado6 Amarillo8 Verde10 Azul12 Violeta5.2 Preparación del reactivo de TollensEl reactivo de Tollens debe prepararse antes de usarse, y nodebe almacenarse ya que se descompone con rapidez,formándose un precipitado que es un poderoso explosivo. Si noocurre ninguna reacción en frío, la disolución deberá calentarsesuavemente. Para preparar el reactivo de Tollens puedeprocederse de dos maneras:Procedimiento por gotasSe vierten 30 gotas de AgNO3 al 5% en un tubo de ensayelimpio y se agregan 2 gotas de disolución al 5% de NaOH. Seobservará la formación de un precipitado de color café oscuro(Ag2O). A continuación se agregan, agitando siempre, las gotassuficientes de NH3 al 5% para disolver el precipitado de Ag2O ypara que la disolución se vuelva transparente (se requierenaproximadamente 20 gotas). La disolución incolora obtenidacontiene el ion Ag(NH3)2+.Procedimiento en mililitros
  35. 35. 34En un matraz de 50 ml se vierten 25 ml de una disolución al 5%de AgNO3 y se añaden gota a gota 0.5 ml de una disolución al10% de NaOH. Se observará la formación de un precipitadocolor café oscuro. A continuación se agrega gota a gota unadisolución de NH3 al 5%, agitando constantemente y hasta quese disuelva el óxido de plata formado (de 15 a 20 ml). Paraobtener un reactivo sensible es necesario evitar un exceso dehidróxido de amonio.Nota: a)El reactivo de Tollens se desecha neutralizándolo enHNO3 diluido, b)La difenilamina, las aciloínas, las aminasaromáticas, el β-náftol y algunos fenoles dan positiva la pruebade Tollens. También se ha encontrado que las β -alcóxi y p-dialquilaminocetonas reducen la plata del ion Ag(NH3)2+.Preparación de la disolución de hidrazinaCon fenilhidrazina o p-nitrofenilhidrazina: a 5 ml de agua seadicionan 0.5 ml de fenilhidrazina y se agrega gota a gota ácidoacético para disolver la hidrazina.Con 2,4-dinitrofenilhidrazina: se disuelven 1.5 g de 2,4-dinitrofenilhidrazina en 7.5 ml de ácido sulfúrico concentrado yse añaden, agitando, a 10 ml de agua y 35 ml de etanol al 95%.Se mezcla perfectamente y se filtra para eliminar los sólidos nodisueltos.Nota: La mayoría de los aldehidos y las cetonas producendinitrofenilhidrazonas, que son sólidos insolubles. Al principio elsólido puede ser aceitoso y, al reposar, volverse cristalino. Sinembargo, algunas cetonas producen hidrazonas que sonaceites; por ejemplo, la metil-n-octilcetona, la di-n-amilcetona ysustancias similares no producen dinitrofenilhidrazonas sólidas.Algunos derivados del alcohol alílico pueden ser oxidados porla disolución de 2,4-dinitrofenilhidrazina y producir aldehidos ocetonas que darán positiva esta prueba. Por ejemplo, se hanobtenido las 2,4-dinitrofenilhidrazonas de los derivadoscarbonílicos del alcohol cinamílico, del 4-fenil-3-buten-2-ol y de
  36. 36. 35la vitamina A en rendimientos que van del 10 al 25%. Lo mismoocurre con el benzidrol, que al transformarse en benzofenonada positiva la prueba. También puede ocurrir que un alcohol seencuentre contaminado con el aldehído o la cetona que segenera por oxidación con el aire, dando positiva la prueba.Las dinitrofenilhidrazonas de aldehídos o cetonas en las que elgrupo carbonilo no está conjugado con otro grupo funcional,son amarillas. Si el grupo carbonilo se encuentra junto a undoble enlace carbono-carbono o junto a un anillo bencénico,desplaza hacia el máximo de absorción al visible (alanaranjado); esto se descubre fácilmente realizando un análisispor espectroscopia de UV-Visible. Entonces puede decirse queuna dinitrofenilhidrazona amarilla no está conjugada. Esto debetomarse con precaución ya que, por ejemplo, la 2,4-dinitrofenilhidrazina no disuelta es de color rojo-anaranjado.6. PARATEXTOFuente: L. R. Shriner, R. C. Fucson y D. Y. Curtin. 1991. Identificaciónsistemática de compuestos orgánicos. México, Limusa, pp. 142, 164, 192.Autores: Ballagán, Reino7. INVESTIGACIÓN EN EL AULA Investigue la estructura de cada una de las sustancias de latabla 2.2.
  37. 37. 36 El indicador universal sólo puede mostrar el carácter ácido-base de una sustancia; ¿es posible utilizarlo para distinguirun derivado de un ácido carboxílico o de aminassecundariasterciarias? ¿Un alquino se oxida con permanganato de potasio? Si una molécula posee tanto grupos carbonílicos (aldehidos ycetonas) como carboxílicos, ¿puede utilizarse unafenilhidrazina para identificarlos? ¿Qué ventaja tendrá utilizar 2,4-dinitrofenilhidrazina en lugarde fenilhidrazina? Si una sustancia dio positiva la prueba de 2,4-dinitrofenilhidrazina, pero se tiene duda de si se trata de unaldehído o de una cetona, ¿de qué manera resolvería ustedla incógnita? ¿Qué se obtendría si en lugar de un aldehído o una cetona,se analiza un ácido carboxílico o un éster con 2,4-dinitrofenilhidrazina?¿Qué productos se obtienen? ¿Por qué no debe utilizarse agua o disolventes próticos altrabajar con sodio metálico?8. BIBLIOGRAFÍAL. R. Shriner, R. C. Fucson y D. Y. Curtin. 1991. Identificaciónsistemática de compuestos orgánicos. México, Limusa, pp.142, 164, 192.
  38. 38. 37EXPERIMENTO N° 31. TÍTULO:Aislamiento de limoneno de naranjas.2. OBJETIVO:El alumno realizará la extracción de limoneno apartir de cascaras de naranja mediante un disolvente, lopurificará por destilación y comprobará que en su estructuraexisten dobles enlaces carbono-carbono.3. MARCO TEÓRICO:El limoneno (Fig. 3.1a) pertenece a una clase de compuestosquímicos conocidos como terpenos.Los terpenos tienen como unidad básica la del isoprenoo 2-metil-l ,3-butadieno (Fig. 3.1b). El limoneno se encuentra enmuchos aceites esenciales, por ejemplo en: limones, naranjas,limas, bergamota y alcaravea. Los terpenos son una familiaque se presenta en forma muy variada en muchas plantas. Porejemplo el geraniol, la mentona, el menteno, el pineno, etc.,son aceites esenciales que se encuentran en los geranios, lamenta y el árbol de pino respectivamente. El limoneno poseeun carbono quiral, por lo que las formas (+) o (-) se presentande manera natural. Sin embargo, los árboles de naranjaproducen sólo uno de dichos enantiómeros. El alcanfor es unterpeno que puede separarse de la esencia de manzanilla(Matricaria camomilld), y puede reducirse para obtener elisoborneoly el borneolque se utiliza en la esencia de lavanda.Por otro lado, el terpeno llamado canfeno puede extraerse delromero y su forma levógira se presenta en el citronelal o en lavaleriana.Figura 3.1a) Estructura del limoneno, b) estructura del isopreno.
  39. 39. 384. MATERIALES A UTILIZAR EN EL EXPERIMENTOMateriales de vidrio1 matraz redondo de tres bocas y de 500 ml1 condensador1 junta en Y para destilación1 tapón de vidrio1 adaptador curvo paradestilación1 matraz Erlermeyer de 50 ml1 embudo de adición1 embudo de separaciónEquipo de laboratorio3 soportes universales3 pinzas con nuez.1 reóstato1 manta de calentamiento1 parrilla1 cuchillo de cocina1 refractómetro de Abbe (ver Figs. C 9 y C 10 del anexo C)Nota: Si desconoce alguna pieza de vidrio o equipo delaboratorio, puede revisar el anexo B de material de vidrio yequipo de laboratorio.Sustancias y reactivosLa cascara de tres naranjasAgua destiladaPentano (o éter)Sulfato de sodio anhidro, Na2SO4Permanganato de potasio, KMnO45. EXPERIMENTACIÓN
  40. 40. 39Con un cuchillo de cocina se quita la cascara a tres naranjas,con todo y la pulpa blanca que lleva adherida, cuidando de nopresionar o tocar demasiado la cascara para evitar la pérdidadel aceite esencial. Con ella se prepara un picadillo o, si sepuede, un puré en un matraz redondo de tres bocas y de 500ml. En la boca central se ensambla un aparato de destilación(ver la Fig. C 3 del anexo C); en la boca lateral se coloca unembudo para adicionar agua. Se utiliza un matraz Erlenmeyerpara colectar el destilado.Se adiciona agua al puré y se calienta procurando que laebullición no sea muy violenta y que el nivel de líquido en elinterior del matraz se mantenga constante durante el procesode destilación. Debe destilarse tan rápido como sea posible, demanera que se colecten 150-200 ml de líquido turbio oaceitoso.El puré del matraz se desecha y el destilado se en fría. Eldestilado se transfiere a un embudo de separación y seadicionan 5-10 ml de pentano (o bien éter), se agitavigorosamente y se deja reposar para que las capas seseparen. La disolución de pentano se coloca en un pequeñomatraz Erlermeyer y se seca con sulfato de sodio anhidro. Ladisolución se filtra o decanta en un recipiente previamentepesado y el pentano se evapora con un baño de vapor. Sepesa nuevamente el matraz con el limoneno, se mide elvolumen y se determina su índice de refracción. AnálisisPara comprobar la presencia de los dobles enlaces dellimoneno, puede realizarse una pequeña prueba con disoluciónde bromo. Para ello se vierten 0,5 ml de tetrahidrofurano en untubo de ensaye, se adicionan dos o tres gotas de la sustanciapor analizar y se mezcla hasta disolver. Se agrega gota a gotauna solución al 2% de bromo líquido en tetracloruro decarbono. Una prueba de la existencia de dobles o triplesenlaces es positiva cuando la solución se vuelve incolora. El
  41. 41. 40color rojo-café del bromo desaparece cuando se adiciona a uncompuesto con doble enlace C=C, ya que se forma uncompuesto hidrohalogenado que generalmente estransparente. Aclaramos que tal procedimiento no se puedeutilizar cuando existen sistemas conjugados.Otra alternativa es realizar una prueba con disolución acuosade KMnO4. La disolución violeta de permanganato de potasiose vuelve de color café claro o incolora debido a que se oxidany rompen los dobles enlaces C=C.Es posible obtener el espectro IR del limoneno y compararlocon el espectro IR-18 del anexo A .6. PARATEXTOFuente: H. Murillo. 1970. Tratado elemental de química. México, ECLALSA, p.280.Autores: Ballagán, Reino7. INVESTIGACIÓN EN EL AULA ¿Cuántas unidades de isopreno intervienen para formar ellimoneno? Identifíquelas. Existen 14 posibles isómeros para la misma fórmula, C10H16,que difieren en la posición de los dobles enlaces; dibuje susestructuras. ¿El limoneno es una molécula polar o no polar? Identifique el centro quiral del limoneno. Durante la separación del limoneno a partir de su disoluciónacuosa, ¿qué capa lo contiene, la superior o la inferior? ¿Por
  42. 42. 41qué? El punto de ebullición del limoneno es de 177°C;entonces, ¿por qué es posible separarlo de las cascaras delcítrico por destilación con agua? Investigue la estructura del canfeno y sugiera un posiblemétodo para extraer el canfeno del romero. Investigue la estructura del canfeno y sugiera un posiblemétodo para extraer el canfeno del romero. La vitamina A es también un terpeno que puede separarsecon hexano de las zanahorias y de las espinacas. ¿Cuál essu estructura? ¿Cuántas unidades de isopreno la forman?8. BIBLIOGRAFÍAH. Murillo. 1970. Tratado elemental de química.México, ECLALSA, p. 280.EXPERIMENTO N° 41. TÍTULO:Aislamiento de cafeína a partir del té o el café.2. OBJETIVOS:a)El alumno aislará la cafeína a partir del té, usando disoluciónde carbonato de sodio, neutralización y extracción condiclorometano.b) El alumno identificará los grupos funcionales existentes en laestructura de la cafeína.3. MARCO TEÓRICO:La cafeína es uno de los derivados más importantes de laxantina (un alcaloide). Su concentración en una variedad de té,incluyendo el té negro y el té verde, depende de lascondiciones climáticas y topográficas de su desarrollo y de losmétodos de procesamiento.
  43. 43. 42Se ha encontrado que su concentración varía de un 2.0 a un4.0%; él té negro de China contiene 2.6 a 3.6%, el de Brasil 2.2a 2.9% y el turco 2.1 a 4.6%.La cafeína fue aislada por primera vez por Friese [1] de lassemillas de Genipa americana (2.25%) y por Sthenhouse [2] delos granos de café. La cafeína es un estimulante del sistemanervioso central y produce efectos miocárdicos y diuréticos, asícomo el relajamiento del pequeño músculo de los bronquios; setrata de un diurético menos potente que la teobromina.4. MATERIALESA UTILIZAR EN EL EXPERIMENTO:Material de vidrio1 dedo frío (Fig. B 5e del anexo B)1 vaso de precipitado de 250 ml1 probeta graduada de 100 ml1 parrilla de calentamiento1 matraz aforado de 250 ml1 matraz Kitazato1 embudo Buchner1 embudo de separación1 varilla de vidrioEquipo de laboratorio1 soporte universal con anillo1 pinza de tres dedos con nuez1 balanza1 parrilla1 manta de calentamiento1 reóstato1 espátulaSustancias
  44. 44. 43Ácido sulfúrico,H2SO4Diclorometano,CH2C12 Carbonatode sodio, Na2CO3CelitaTé negro5. EXPERIMENTACIÓNProcedimientoEn un vaso de precipitado de 250 ml, se colocan 10 g de hojasde té molidas en 2.5 g de carbonato de sodio y 50 ml de agua.La mezcla es calentada hasta ebullición por 20 minutos,agregando ocasionalmente más agua para mantener constanteel volumen de la mezcla. La disolución caliente se filtra yneutraliza mediante la adición de una disolución de ácidosulfúrico al 10%.La disolución neutra es entonces filtrada en un tamiz de celita(la cual se coloca en un embudo Buchner con papel filtro) ylavada con 10 ml de diclorometano. El filtrado de dos fases selleva a un embudo de separación. La fase orgánica esseparada y la acuosa extraída dos veces con porciones de 20ml de diclorometano cada una. Las tres extracciones dediclorometano se combinan y el disolvente se evapora. Lacafeína cruda se puede recristalizar en la menor cantidad deacetona o agua calientes.Si se dispone de un dedo frío es posible obtener cristales muypuros de cafeína por sublimación. Los cristales de la cafeínatienen forma en agujas (de 0.25 g aproximadamente) y tienenun punto de fusión de 235°C.Nota: Tenga la precaución de realizar las extracciones condiclorometano en un lugar perfectamente ventilado y lejos decualquier flama o fuente de calentamiento pues es muy volátil.
  45. 45. 44PruebasSe colocan unos cuantos cristales de cafeína y 3 gotas deácido nítrico en un disco pequeño de porcelana y se calientapara evaporar el líquido. Se agregan dos gotas de hidróxido deamonio. Si la mezcla se torna violeta, se ha confirmado lapresencia de cafeína.De ser posible, obténgase el espectro infrarrojo de la cafeína ycompárese con el espectro IR-9 del anexo A, buscando enespecial las bandas señaladas en la tabla 4.1.También puede obtenerse el espectro en la región delultravioleta visible, UV-Vis. La cafeína, disuelta en agua,presenta una señal de máxima absorbancia en 278 nm,característica de las purinas y que se desplaza a mayoreslongitudes de onda debido a los sustituyentes presentes.TABLA 4.1 LAS PRINCIPALES SEÑALES DEL ESPECTRO IR DE LA CAFEÍNA (VER ESPECTRO IR-19 EN EL ANEXO A)6. PARATEXTO
  46. 46. 45Fuente: AldrichChemical. 1997. La Biblioteca de Aldrich FT-IR Spectra.2da ed.Milwaukee, WI, USA.Autores: Ballagán, Reino7. INVESTIGACIÓN EN EL AULA Investigue la estructura de la cafeína e identifique en ella losgrupos funcionales que la conforman. ¿Qué efecto del carbonato de sodio permite que laseparación de la cafeína sea eficiente? ¿Por qué se agrega la solución de H2SO4a la mezcla decarbonato y té caliente? ¿A qué atribuye usted el color violeta en la prueba demurexida con cafeína?8. BIBLIOGRAFÍAAldrichChemical. 1997. La Biblioteca de Aldrich FT-IR Spectra.2da ed. Milwaukee, WI, USA.EXPERIMENTO N° 51. TÍTULO:Extracción y Recristalización de un Fármaco.2. OBJETIVOS:
  47. 47. 46 El alumno realizará la extracción del ácido acetilsalicílico(analgésico), principio activo de varias preparacionesfarmacológicas. El alumno realizará una purificación del ácido acetilsalicílicomediante recristalización de dicho compuesto. El alumno comprobará que en la estructura del compuestoexiste el grupo funcional ácido carboxílico mediante pruebasa la gota o por espectroscopia IR.3. MARCO TEÓRICO:Las sustancias químicas puras se caracterizan por ciertasconstantes físicas (punto de fusión, punto de ebullición,densidad, rotación óptica, índice de refracción, etc.) que nospermiten evaluar la pureza. La recristalización es uno de losmejores métodos físicos para purificar compuestos sólidos atemperatura ambiente.Un compuesto sólido puede recristalizarse a partir de susolución saturada y caliente, en un disolvente en el que atemperatura ambiente es poco o medianamente soluble. Latécnica se basa en el hecho de que el exceso de soluto formanúcleos cristalinos que crecen al enfriarse la disolución,dejando la mayor parte de sus impurezas en el disolvente.Como regla general, una sustancia es más soluble en aquellosdisolventes cuya estructura se le parezca más. Para que undisolvente se considere adecuado para la recristalización, debecumplir los siguientes requisitos:a) Que el compuesto por cristalizar sea poco soluble en él abajas temperaturas, pero muy soluble a temperatura elevada.b)Que no reaccione con el soluto.c)Que sea lo suficientemente volátil para que resulte fácileliminarlo de los cristales filtrados.d) Que las impurezas sean mucho más solubles en frío que elsoluto, para que no lo recontaminen.
  48. 48. 47Para encontrar el disolvente adecuado para unarecristalización, se recomienda ensayarla con variosdisolventes. Para ello es importante tener presentes algunas delas propiedades de los más utilizados, los cuales se muestranen la tabla 5.1.TABLA 5.1 ALGUNOS DE LOS DISOLVENTES MÁS UTILIZADOS PARARECRISTALIZACIONES, ORDENADOS PRINCIPALMENTE POR SUSCONSTANTES DIELÉCTRICAS
  49. 49. 484. MATERIALES A UTILIZAR EN EL EXPERIMENTO:Material de vidrio2 matraces Erlermeyer de 50 ml2 vasos de precipitado de 50 ml2 vasos de precipitado de 100 ml1 embudo de separación de 125 ml1 probeta de 25 ml1 pipeta Pasteur1 matraz Kitazato de 250 ml1 embudo Buchner1 mortero con pistilo1 cristalizador1 agitador de vidrioEquipo de laboratorio1soporte universal2pinzas de tres dedos con nuez1 parrilla1 espátula1 agitador magnético mediano1 anillo pequeño1 piceta con agua destilada1 papel pH1 papel filtroReactivos
  50. 50. 49Cloroformo, CHCl3Diclorometano, CH2C12Hexano, n-C6H14Éter de petróleo, C5H12 y C6H14Acetato de etilo, CH3-COO.C2H5Etanol, C2H5OHMetanol, CH3OHHidróxido de sodio, NaOHÁcido clorhídrico, HC1Hielo5. EXPERIMENTACIÓNProcedimientoSe coloca 1 g de tabletas (que contengan ácido acetilsalicílicoo acetaminofén), previamente pulverizadas, en un matrazErlermeyer de 50 ml. Se adicionan 25 ml de diclorometano y seagita hasta disolver lo más posible el sólido. Se separa,filtrando por gravedad y en un papel previamente pesado, elsólido insoluble y se deja secar, para posteriormente evaluar lacomposición porcentual del fármaco. El líquido filtrado secolecta en un vaso de precipitado de 50 ml y se transfiere a unembudo de separación; el vaso de precipitado se lava con 5 mlde diclorometano y éste se vierte también en el embudo. Seadicionan 10 ml de una solución de NaOH 1M, se tapa elembudo y se agita varias veces, liberando la presión en cadaagitación. El embudo se deja reposar sobre un anillo parapermitir que las fases se separen. La fase acuosa se colecta enun vaso de precipitado de 100 ml y el proceso de extracción serepite otras dos veces. La fase orgánica, de diclorometano, seguarda en un matraz Erlenmeyer de 100 ml.Se adiciona a la fase acuosa una solución 6 M de HC1(aproximadamente 10 ml) hasta que el pH sea menor o igual a2, procurando agitar constantemente durante el proceso. Lamezcla se enfría en un baño de hielo, hasta que ya no
  51. 51. 50aparezca más precipitado. Los cristales se filtran y secan lomás posible en un embudo Buchner y en papel previamentepesado.El diclorometano de la fase orgánica se evapora en un bañocaliente. Sobre la base de los pesos de los sólidos separados,se calcula la composición porcentual aproximada del fármaco.Con la mitad del ácido acetilsalicílico obtenido, se procede arealizar pruebas de solubilidad, en frío y en caliente, en tubosde ensaye pequeños y con las cantidades y disolventesseñalados en la tabla 5.2.TABLA 5.2 PRUEBAS DE SOLUBILIDAD RECOMENDADAS PARA LARECRISTALIZACIÓN DEL ÁCIDO ACETILSALICILICOTuboDisolvente MuestraVolumenSolubilidadSolubilidad(mg) (ml) en frío encaliente1 hexano 25 1.02 éter depetróleo25 1.03 cloroformo 25 1.04 acetato deetilo25 1.05 Etanol 25 1.06 metanol 25 1.0Nota: En caso de que ninguno de los disolventes propuestoscumpla con los requisitos arriba señalados, puede realizarseuna recristalización por par de disolventes utilizando unamezcla de dos de ellos. Recuerde que en este caso uno dedichos disolventes debe solubilizar a la sustancia problema, encaliente, y el otro no disolverla en frío.
  52. 52. 51Una vez encontrado el disolvente o la mezcla adecuada, seprocede a recristalizar la mitad del ácido acetilsalicílico extraídodel fármaco. Si se observa que la solución es colorida, puedeagregarse un poco de carbón activado y filtrar en caliente paraeliminar los contaminantes que originan dicho color.Para recristalizar se disuelve el ácido acetilsalicílico en lamenor cantidad de solvente caliente, se evapora hasta el 70%del volumen original y se deja enfriar, primero hastatemperatura ambiente y después en hielo. Una vez formadoslos cristales, se filtran por succión en un papel previamentepesado y se dejan secar completamente. Una vez secos, sedetermina el punto de fusión de los cristales puros e impuros,se compara su color y forma y si es posible se obtiene elespectro IR del ácido recristalizado (compárelo con el espectroIR-20 del anexo A). Asimismo, con el indicador universal secomprueba que efectivamente la sustancia recristalizada tienecarácter ácido.OpcionalEl ácido salicilico puede obtenerse a partir de la aspirinacalentando a reflujo, en agua, y agregando un poco de ácidoacético. Posteriormente se deja enfriar y se filtra el sólidoformado. Esta sustancia se recristaliza en éter de petróleo (a40-60°C), obteniéndose así cristales en forma de agujas queson ácido salicilico puro, el cual se descompone a 128-135°C.6. PARATEXTO
  53. 53. 52Fuente: L.A. Kirk. 1978. Enciclopedia de tecnologíaquímica. Tomo XI. 3aed. USA, John Wiley &Sons, p. 424.Autores: Ballagán, Reino7. INVESTIGACIÓN EN EL AULA ¿Por qué una sustancia se vuelve más soluble en undisolvente al aumentar la temperatura? En la tabla 5.1, los disolventes se ordenaron por el valordecreciente de su constante dieléctrica. En esa tabla, ¿cuáles el disolvente más polar y cuál el menos polar? Investigue la estructura del ácido acetilsalicílico y la delacetaminofén. ¿Qué es un analgésico? ¿Qué es un excipiente? ¿Cómo puede obtenerse ácido acetilsalicílico a partir deácido salicilico? En el presente experimento, ¿para qué se agrega la soluciónde NaOH? ¿Qué función cumple la adición de HC1 a la fase acuosa? ¿Es posible predecir, basándose sólo en la estructura de unasustancia, el tipo de disolvente que puede servir paradisolverla y recristalizarla? ¿Se cumple esto con el ácidoacetilsalicílico?8. BIBLIOGRAFÍAL.A. Kirk. 1978. Enciclopedia de tecnologíaquímica. Tomo XI.3aed. USA, John Wiley &Sons, p. 424.
  54. 54. 53EXPERIMENTO N° 61. TÍTULO:Cromatografía I: En Capa Fina2. OBJETIVO:El alumno comprenderá el principio de lacromatografía y utilizará sus diversas posibilidades para lapurificación e identificación de compuestos orgánicos.3. MARCO TEÓRICO:La cromatografía es la técnica que permite separar sustanciasde diferente color mediante la distribución desigual de éstasentre dos fases, un adsorbente y un medio de arrastre. Enquímica orgánica se utilizan tres tipos de cromatografía: cro-matografía en capa fina (ccf), cromatografía en columna (cc) ycromatografía de gas-líquido (cgl). Para separaciones másespecializadas existe la cromatografía de alta presión delíquidos (capl), la cromatografía de permeación en gel (cpg) y lacromatografía de intercambio iónico (cii).Todos los tipos de cromatografía dependen de la distribuciónde sustancias entre dos fases. Estas dos fases son el sólidoadsorbente y el eluyente, que es la fase líquida o gaseosa queatraviesa el sólido. El sólido adsorbe y retiene más fuertementelos compuestos más polares que se encuentran en el líquido;debido a ello, los menos polares son arrastrados por eleluyente y separados. Al ser retenidas con mayor fuerza, lassustancias más polares permanecerán más tiempo dentro delsólido y para extraerlas se necesitará un mayor volumen delíquido.La adsorción y desorción de una sustancia de una superficiesólida es lo que se llama adsorción cromatográfica. Estaadsorción es posible por la existencia de una fase sólida con unlíquido estacionario y un segundo líquido que lo atraviesa. Lassustancias con diferente polaridad se separan o reparten entreestos dos líquidos en forma desigual; esto es lo que se llama
  55. 55. 54partición cromatográfica. La adsorción y la particióncromatográfica se encuentran en un equilibrio dinámico en elcual el soluto se mueve lentamente a través de un medioadsorbente en la dirección en que fluye el líquido. Si en elsolvente existe una mezcla de compuestos, éstos se separarándebido a sus diferentes adsortividades y a las distintasvelocidades con que atraviesan el medio adsorbente.Cromatografía en capa finaCon la cromatografía en capa fina se puede determinar demanera rápida y eficiente el número de componentes de unamezcla, e incluso se puede establecer si dos sustancias sonidénticas o poseen diferente estructura. Esta técnica esutilizable sólo si los sólidos analizados no son volátiles.Como su nombre lo indica, la cromatografía en capa finarequiere el uso de una película delgada de adsorbente (deentre 0.10 mm y 0.25 mmm de espesor) soportada sobre vidrioo plástico.Debido a la necesidad de realizar experimentos reproducibles,las placas para cromatografía en capa fina se fabrican con unespesor fijo de adsorbente y se montan en vidrio, plástico*(poliéster resistente) o placa de aluminio, y son de tamañoestándar: 2.5 x 6.7 cm. Asimismo, pueden cortarse piezas deeste tamaño a partir de placas de 20 x 20 cm, que también soncomerciales. En el mercado pueden conseguirse incluso placaspara cromatografía con indicador fluorescente, la cual esrecomendable para el estudio de compuestos no coloridos perofluorescentes.En la cromatografía de capa fina son comunes tres tipos demedios adsorbentes: la alúmina, el gel de sílice y la celulosa.Cada una de estas sustancias se utiliza como un polvo activofinamente pulverizado. Se dice que un adsorbente se haactivado cuando se le calienta para eliminar el agua que haadsorbido. La alúmina y el gel de sílice se utilizan para analizaruna gama muy grande de compuestos orgánicos polares y no
  56. 56. 55polares. La alúmina es más polar que el gel de sílice, y por lotanto retiene más fuertemente a las sustancias que adsorbe. Lacelulosa es utilizada para estudiar compuestos orgánicos muypolares o solubles en agua, razón por la cual es un medio másversátil. La celulosa puede adsorber hasta un 20% en peso deagua.Si no se dispone de cualquiera de estos productos, se puedenfabricar placas de película delgada con portaobjetos de vidrio,como se indica en el anexo.El adsorbente más popular en este caso es el gel de sílice G oácido silícico. Este no es más que sílica hidratada (SiO2. ×H20)con aproximadamente un 10% de yeso (CaSO4.1/ 2H2O). Lasílica GF es sílica hidratada con yeso y un indicadorfluorescente.* El adsorbente se pega fuertemente si se usa alcoholpolivinilicoPara preaparar la placa de cromatografía se puede utilizar unode varios disolventes, pero el cloroformo es el másrecomendable. La adición de metanol al cloroformo hace que elyeso se una más fuertemente al vidrio.Nota: Si la placa que se va utilizar es muy vieja, se puedeactivar calentándose a 100° C por 30 minutos.4. MATERIALES A UTILIZAR EN EL EXPERIMENTO:Material de vidrio1 vaso de precipitado de 100 ml1 vidrio de reloj1 pipeta Pasteur1 jarra para revelado de placas cromatográficas (fig. B 2h delanexo B)
  57. 57. 56Equipo de laboratorioLámpara UV portátilReactivosAlúmina A12O3Gel de sílice, SiO2· x H2OMatanol, CH3OHCloroformo, CHC13Eter dietílico, (CH3CH2)2OEtanol, CH3CH2OHAzul de bromotimolp-nitrofenolfibra de vidrioArena para cromatografía o sulfato de sodio anhidro, Na2SO4Placa para cromatografía en capa fina o 3 portaobjetos5. EXPERIMENTACIÓNProcedimientoSe aplica una pequeña cantidad de mezcla problema (quepuede ser una mezcla azul de bromotimol y p-nitrofenol,mezcla de tinta china o estracto de pasto o betabel)cerca de laparte inferior de la película adsorbente* (digamos a 10 mm). Lapelícula se coloca en un recipiente con tapa en el cual se havertido un mínimo de disolvente (5 a 10 mm). Debe tenersecuidado de que la zona donde se aplicó la mezcla problema noquede sumergida en el disolvente. El disolvente arrastra porascenso capilar los distintos componentes de la mezcla, loscuales ascienden por la película adsorbente según su menorpolaridad.Se deja que el líquido ascienda hasta que ya no se observedesplazamiento alguno del frente de líquido. Después deocurrido esto, la película se deja secar y se procede aexaminarla.
  58. 58. 57Una vez seca la película, se podrán notar zonas más coloridasen las cuales se han ubicado los diferentes componentes de lamezcla. Si no es posible observarlos claramente, puederevelarse la película, colocándola unos momentos en unrecipiente que contiene unos cristalitos de yodo, los cuales, alsublimar, realzarán aquellas zonas donde las sustancias sehan estancado. También puede iluminarse la placa con unalámpara UV (hay que tener cuidado de no observar la luzdirectamente) para observar aquellas sustancias que no soncoloridas pero son fluorescentes.Recuérdese que mientras más fuerte sea la interacción entreuna sustancia y el sólido adsorbente, éste se moverá máslentamente en dicha sustancia. Es decir que un disolventearrastrará más rápidamente las sustancias no polares. Esposible que las sustancias polares se desplacen lentamente oque no sean arrastradas por el disolvente.En condiciones definidas de trabajo, una sustancia dada puededesplazarse una distancia relativa (ds) respecto al frente deldisolvente utilizado (d1). La razón entre estas distancias sellama cociente de arrastre o grado de arrastre (Rf):Rf= ds/d1El valor de Rf es una propiedad fisicoquímica de cada sustanciay depende de su estructura. Para calcular Rf sólo deberánmedirse las distancias recorridas por el frente del líquido y porlos distintos componentes de la mezcla.La cromatografía en capa fina permite estimar qué tan buenoes un disolvente para utilizarse en cromatografía en columna.Un disolvente puede utilizarse como eluyente de algúncomponente de una mezcla cuando provoca un Rf del orden de0.3 o mayor. La cromatografía en capa fina también permiteanalizar el número de componentes de una fracción salida deuna cromatografía en columna, siempre y cuando se dispongade un buen agente revelador.
  59. 59. 58* La mezcla problema puede ser una mezcla de azul debromotimol y p-nitrofenol, una mezcla de tintas, o extracto depasto o betabel.Fabricación de placa cromotográficaa) Lave bien con jabón y agua los portaobjetos de vidrio yséquelos.b) Prepare una suspensión de 40 g de gel de sílice G en 100 ml deuna mezcla 2:1 (en volumen) de cloroformo y metanol, y agítelapor un minuto o hasta que obtenga una mezcla homogénea.c)Coloque cara a cara dos portaobjetos y sumérjalos en lasuspensión, hasta que sólo 1 cm quede fuera.d) Extraiga lenta y uniformemente los portaobjetos de la mezcla,permitiendo que el disolvente se evapore lentamente para queno se formen grietas. Después de que el disolvente se haevaporado, separe los dos portaobjetos y déjelos secar unosminutos.
  60. 60. 59Figura 1a) Montaje de unaprueba de cromatografía en película delgada; b) placa depelícula delgada con dos muestras a diferente distancia de arrastre ds.6. PARATEXTOFuente: J.RMohring y D. C. Neckers. 1979. Los experimentos delaboratorio en Química Orgánica. 3aed. New York, D. Van Nostrand.Autores: Ballagán, Reino7. INVESTIGACIÓN EN EL AULA Explique lo que entiende por cromatografía y diga cuántasclases de cromatografía conoce. ¿Cuál es la utilidad inmediata de la cromatografía en capafina? ¿Cómo escogería el disolvente más adecuado para utilizarlocomo eluyente? ¿Qué es la adsorción cromatográfica? ¿Qué diferencia existeentre adsorción y absorción?8. BIBLIOGRAFÍAJ.R Mohring y D. C. Neckers. 1979. Los experimentos delaboratorio en Química Orgánica. 3a ed. New York, D. VanNostrand.
  61. 61. 60EXPERIMENTO N° 71. TÍTULO:Cromatografía II: En Columna.2. OBJETIVO:El alumno entenderá el principio de lacromatografía y utilizará sus diversas posibilidades para lapurificación e identificación de compuestos orgánicos.3. MARCO TEÓRICO:La cromatografía en capa fina y en columna son dos ejemplosde cromatografía de adsorción. En ambos casos los sólidosadsorbentes utilizados son los mismos, pero en lacromatografía en columna el tamaño de los granos deadsorbente es considerablemente mayor.En la cromatografía en columna se utilizan principalmente dosmedios absorbentes: el óxido de aluminio, A12O3, y el gel desílice, SiO2· x H2O. La alúmina se utiliza principalmente paraseparar compuestos medianamente o no polares y el gel desílice para separar compuestos orgánicos polares.La alúmina para cromatografía se encuentra disponible comoun polvo fino y puede ser: acida (pH = 4), neutra (pH = 7) ybásica (pH = 10). La alúmina activada es aquella que se hasometido a un tratamiento térmico para eliminar su contenidode agua, lo cual le confiere capacidades adsorbentes muyimportantes. Una alúmina activada de grado I (según el sistemade clasificación de Brockman) es aquella que se ha calentado a400-450°C y hasta que ya no pierde más agua. La alúmina queha adsorbido un 3% de agua se denomina de grado II, la queha adsorbido 6% es la de grado III, y las de grados IV y V sonaquellas que contienen un 10% y un 15% de aguarespectivamente.
  62. 62. 61El grado de adsorción de una sustancia en la alúmina dependesobre todo de las fuerzas de atracción (fuerzas de Van derWalls, interacciones dipolo-dipolo, enlaces puente de hidrógenoy coordinaciones) entre la sustancia y la superficie adsorbente.Las sustancias orgánicas polares, como los ácidoscarboxílicos, las aminas, los polioles, etc., se adsorben tanfuertemente en la alúmina que para separarlos de ella yextraerlos es necesario utilizar disolventes muy polares.El gel de sílice por lo general se utiliza como un soporte sólidodel agua, por lo cual los compuestos en ella separados sereparten entre el agua fuertemente unida a la superficie de gelde sílice y el disolvente eluyente. Por tanto, la eficiencia de laseparación depende de la solubilidad relativa de loscompuestos entre el agua y el líquido eluyente. El gel de sílicecomercial contiene por lo general de 10 a 20% de aguaadsorbida y se utiliza sin necesidad de activarlo porcalentamiento.EluyentesEn cromatografía, los líquidos utilizados para separar loscompuestos adsorbidos en la columna de cromatografía debenser progresivamente más polares. Los compuestos polares sonfuertemente adsorbidos por la superficie del óxido metálico, ypara separarlos (eluirlos) y extraerlos de la columna esnecesario utilizar disolventes más polares. Por el contrario, loscompuestos no polares se unen con menos fuerza al sólidoadsorbente y son separados más fácilmente por disolventes nopolares.La velocidad con la cual una sustancia es separada puedecontrolarse cambiando la polaridad del disolvente o el grado deactividad del sólido adsorbente. Por ejemplo, si una sustanciaes eluida con rapidez pero su separación respecto de posiblescontaminantes es poco eficiente, se recomienda utilizar unadsorbente más fuerte o bien utilizar un disolvente menospolar. Por el contrario, si la purificación es eficiente pero muy
  63. 63. 62lenta, se recomienda cambiar el adsorbente por uno menosactivo.La siguiente serie es el orden recomendado de líquidoseluyentes por probar, y va del menos al más poderoso:Aléanos (éter de petróleo, hexano,ciclohexano)<CCl4<tolueno<CH2Cl2<éterdietílico<CHCl3<acetona<acetato de etilo<etanol<metanol (consulte laconstante dieléctrica de estas sustancias en la Tabla 5.1 de laPráctica 5).Dimensiones de la columnaTenga en cuenta que una columna más larga y delgadaadsorberá más tenazmente los compuestos que una corta yancha. Una razón de 8:1 a 10:1 entre la altura y el diámetro dela columna es lo recomendable.Por otro lado, es recomendable utilizar de 20 a 30 veces másde sólido absorbente que de mezcla problema, aunque puedeser una cantidad mayor si la separación es poco eficiente.Por ejemplo: si de desea separar 10 gramos de muestraproblema en una bureta de 3.4 cm, lo recomendable son 250 gde alúmina (la alúmina tiene una densidad deaproximadamente 1g/cm3) y la columna tendrá una altura deaproximadamente de 27 cm.La altura de la columna puede calcularse con facilidad (elvolumen de un ), o en su caso el diámetro másadecuado.Por ejemplo, si se van a utilizar 20 g de alúmina y el tubo devidrio tiene un diámetro de 1.5 cm, la columna tendrá una alturade 11 cm.
  64. 64. 63El gel de sílice tiene una densidad de 0.3 g/cm3, mucho menorque la alúmina, es por ello que al trabajar con esta sustancia esnecesario utilizar columnas más anchas.Por lo general, para construir una columna de cromatografía seutilizan piezas de vidrio que en su parte inferior poseen unallave para controlar la salida del líquido eluyente.Al construir una columna de cromatografía se debe tenercuidado ya que la existencia de imperfecciones, burbujas deaire atrapadas o fisuradas provocará una separación deficientede las muestras.4. MATERIALES A UTILIZAR EN EL EXPERIMENTO:Material de vidrio1 bureta de 25 ml o una columna de vidrio con llave3matraces Erlenmeyer de 125 ml1 vaso de precipitado de 100 ml1 vaso de precipitado de 50 ml1 embudo de cuello largo1 pipeta graduada de 5 ml1 propietaEquipo de laboratorio1 soporte universal1 pinza para bureta (Fig. B 4c del anexo B)ReactivosAlúmina, A12O3Gel de sílice, Si02·× H2OPlaca para cromatografía en capa finaFibra de vidrioArena para cromatografíaHexano, C6H14Metanol, CH3OH
  65. 65. 64Cloroformo, CHCl3Éter dietílico, (CH3CH2)2OEtanol, CH3CH2OHDiclorometano, CH2C12Tolueno, C6H5CH3Acetona, CH3COCH3Acetato de etilo, CH3COOCH2CH3Azul de bromotimolp-nitrofenol5. EXPERIMENTACIÓNProcedimientoA) Montaje de la columna (Fig. 7.1)1)Se coloca y fija la columna de vidrio en posición vertical,mediante las pinzas para ello creadas, cuidando de no apretaren exceso.2)Se llena la columna con líquido eluyente que se planee usar,o bien con el de menor polaridad, hasta aproximadamente lamitad.3)Se coloca un retén en la parte inferior interna de la columna,utilizando un trozo de fibra de vidrio. Debe tenerse cuidado deque no queden burbujas de aire atrapadas.4)A continuación, se cubre con una capa de entre 5 y 10 mmde arena blanca (aunque puede utilizarse sulfato de sodioanhidro).5)Se agrega lentamente el sólido adsorbente por la partesuperior de la columna, cuidando que caiga de manerauniforme en el fondo de ésta. Este paso se lleva a cabolentamente para que la columna formada sea firme pero noapretada y permita el paso del disolvente.6)Unos pequeños golpes a los lados de la columna permitenobtener una columna uniforme, horizontal y sin burbujasatrapadas. Si se observan canales o muchas burbujasatrapadas, es mejor extraer el disolvente y rehacer la columna.
  66. 66. 657)Una vez agregado todo el absorbente, se adiciona una capade 5 mm de arena blanca para proteger la capa de absorbente.8)Se elimina el líquido eluyente en exceso, cuidando que sunivel nunca sea inferior a la capa superior de arena.Nota: a) Si se va a utilizar un disolvente más polar que eltetracloruro de carbono, se recomienda mezclar el sólido deadsorbente en dicho disolvente y después adicio-narlo a lacolumna, para evitar la presencia de burbujas de aire atrapadasy que el líquido se evapore, seque la columna y la arruine.b) Si se construye una columna de gel de sílice, ésta debeadicionarse a la columna lo más lentamente que se pueda aque contiene mucho más aire que la alúmina.Figura 7.1Montaje de una columna de cromatografíaB) ElusiónPrepare una disolución de la mezcla problema, lo másconcentrada posible (en no más de 5 mi del líquido eluyente).Antes de adicionar la disolución problema, por la parte superiorde la columna, cerciórese de que el nivel de líquido no seencuentre muy por arriba de la capa de arena, pues un exceso
  67. 67. 66de disolvente provocará una mezcla y una separacióndeficiente de sus componentes.Si la muestra problema no se disuelve en el disolvente de lacolumna, puede agregarse una pequeña cantidad de undisolvente más polar para disolverlaA continuación se abre la llave de la columna para permitir lasalida del eluyente hasta que su nivel superior quede al ras dela capa de arena. Para iniciar la separación se agrega másdisolvente y se abre nuevamente la llave de flujo, evitandosiempre que la columna se seque.Si el disolvente utilizado no favorece la separación, se agregaotro de mayor polaridad. La separación se considera eficientecuando el flujo de disolvente provoca la formación de bandasfácilmente distinguibles y separadas en el tramo de columna.Recolecte cada banda de color que sale de la columna en unmatraz bien etiquetado para su posterior manipulación.Si un primer disolvente no arrastra fracción alguna, se puedenagregar mezclas de concentración creciente de otro disolvente,de distinta polaridad (disueltas en el primero), para evitar que elcalentamiento provocado por una mezcla abrupta dedisolventes con polaridades muy diferentes fracture la columna.El tiempo óptimo de salida del eluyente es deaproximadamente 2 ml/7 min, ya que un flujo más grande nopermite que el equilibrio de adsorción ocurra correctamente.Cuando los componentes de una mezcla problema no soncoloridos, puede utilizarse una lámpara UV para detectarlas. Siaun de esta forma no son observables, se deberá realizar unarecolección en matraces pequeños y numerados, los cuales seanalizarán por espectroscopia UV-Visible u otra técnica parapoder combinar aquellos que contienen una única y mismafracción. Si no se detecta componente alguno de la mezcla,será necesario cambiar de eluyente.
  68. 68. 67C) PurificaciónPara obtener los distintos componentes de la mezcla problemaen forma pura, se eliminan los disolventes por destilación en unevaporador rotatorio.Si alguno o algunos de los componentes de la mezcla fueranmuy difíciles de extraer, puede recurrirse a la cromatografía encolumna seca. Esta seudotécnica consiste en permitir laseparación de los componentes de la mezcla en la columna —aunque no se extraigan—, eliminar lo más posible de eluyente,extraer el sólido adsorbente y cortar en rodajas las distintasfracciones observadas. Después se lava cada rodaja con el olos disolventes que logren separar cada sustancia del sólidoadsorbente, y por último se evaporan todos los disolventes.Nota: Si no se desea separar mezclas de productos naturales,puede prepararse una mezcla problema de entre las siguientes:a) 1 mg de azul de bromotimol y 1 mgde p-nitrofenol, eluyendo con metanol.b) 50 mg de p-nitroanilina y 70 mg de o-nitroanilina, eluyendo con benceno (aunque no esrecomendable) sobre alúmina grado IV.c)Una mezcla 1:1:1 de benzofenona, difenilmetanol y difenilo,eluyendo con éter de petróleo, benceno y éter (en ese orden)sobre alúmina grado IV. Estas tres sustancias incoloras serecolectan en matraces de hasta 25 ml, para posteriormenteanalizarse por cromatografía en capa fina u otra técnica.6. PARATEXTO
  69. 69. 68Fuente: Fischer, L. Introducción a la Cromatografìa en Gel, Editorial el ManualModerno, S.A. México, 1975.Autores: Ballagán, Reino7. INVESTIGACIÓN EN EL AULA ¿La alúmina y el gel de sílice son los únicos sólidosadsorbentes que se pueden utilizar en cromatografía? Si al realizar una separación cromatográfica en columna degel de sílice llena con cloroformo ningún componente se puedeseparar, ¿qué haría usted para separar los distintoscomponentes? Si trabajara con compuestos que no son coloridos nifluorescentes, ¿de qué otra manera podría realizar unaseparación exitosa? Si realiza una separación con una columna de alúminausando cloroformo como eluyente, ¿en qué orden salen el éterdietílico, el p-nitrotolueno, el benceno y el cloroetano, quetienen los momentos dipolares (×1018): 1.0, 4.5,0.0 y 2.0respectivamente?8. BIBLIOGRAFÍAFischer, L. Introducción a la Cromatografìa en Gel, Editorial elManual Moderno, S.A. México, 1975.
  70. 70. 69EXPERIMENTO N° 81. TÍTULO: Isomería Cis-Trans: Isomerizacion del ácidomaleico afumárico.2. OBJETIVO:El alumno comprenderá el concepto de isomería,en particular el de isomería cis-trans, al realizar latransformación del isómero cisdel ácido 2-butenodióico (ácidomaleico) al isómero trans, o ácido fumárico, y observará susformas cristalinas y sus diferentes puntos de fusión.3. MARCO TEÓRICO:Dos sustancias son isómeroscuando poseen la misma fórmulamolecular pero difieren en la conectividad o en la disposiciónespacial sus átomos.Los ácidos maleico y fumárico pueden obtenerse a partir delácido málico, ya que éste se deshidrata en presencia de medioácido, formándose el carbocatión intermediario. Cuando elproceso se realiza a baja temperatura los grupos carboxilo (-COOH) se repelen mutuamente; en consecuencia, el enlace σgira de tal modo que al formarse el doble enlace estos gruposquedan ubicados en lados opuestos del enlace ,obteniéndose el ácido fumárico (isómero trans). Cuando lareacción se realiza a mayor temperatura, los grupos carboxilopueden vencer la mutua repulsión y al formarse el doble enlacetales grupos quedan ubicados del mismo lado del doble enlace, obteniéndose así el ácido maleico (isómero cis).
  71. 71. 70Debido a que en la estructura del ácido maleico los gruposcarboxilo se localizan uno frente al otro es muy fácil quereaccionen, produciéndose entonces el anhídrido maleico. Estapropiedad permite diferenciar y separar al ácido maleico que sehidroliza fácilmente para dar el ácido maleico, bastante solubleen agua y que tiene un bajo punto de fusión (130oC). Por otraparte, el doble enlace del ácido maleico puede hidratarsefácilmente con ácido clorhídrico que lo isomeriza en ácidofumárico, muy insoluble y de punto de fusión elevado(más de 220oC)4. MATERIALES A UTILIZAR EN EL EXPERIMENTO:Material2 vasos de precipitado de 50 ml2 tubos de ensaye medianos2 tubos de ensaye pequeños1 embudo Buchner1 matraz KitazatoEquipo de laboratorio1 espátula1 parrilla de calentamiento1 báscula1 aparato de Fisher-Johns (Fig. C 11 del anexo C)Sustancias
  72. 72. 71Anhídrido maleico, C4H4O3Acido clorhídrico, HClPermanganato de potasio,KMnO4Bromo, Br2 (de preferenciadisolución al 1%) Aguadestilada5. EXPERIMENTACIÓNProcedimientoSe disuelven 2.5 g de anhídrido maleico en 5 ml de aguadestilada. Hecho esto, se calienta hasta fundir el anhídridomaleico y a continuación se agrega un poco de agua paradisolver el ácido maleico formado. La solución se enfría y sefiltra en un embudo Buchner. El sólido filtrado se seca, y sedetermina su punto de fusión (Pf = 130.5°C) con el aparato deFisher-Johns.Al líquido filtrado se le adiciona un poco de ácido clorhídricoconcentrado (entre 1.5 y 2 mi es suficiente), se calientasuavemente hasta que dé la solución empiecen a separarse loscristales de ácido fumárico, lo cual ocurre al calentar durante 5a 10 min. Se deja enfriar la mezcla, se filtra el sólido, se seca,se pesa y se determina su punto de fusión (mayor de 220°C).PruebaEn dos tubos de ensaye pequeños se colocan unos 10 mg deácido maleico y ácido fumárico y se observa qué pasa alagregar a cada tubo 1 ml de solución acuosa de bromo al 1%.La prueba se repite con solución de permanganato de potasio.Para comprobar que las sustancias obtenidas son ácidoscarboxílicos, se utiliza un indicador universal como el de lapráctica 2.
  73. 73. 72Nota: Se recomienda que la disolución al 1% de bromo seapreparada por el profesor en un lugar ventilado y se utilicenguantes y lentes de protección.6. PARATEXTOFuente: R.T. Morrison y R.N. Boyd. 1992. Química orgánica. 5aed.México, AdissonWesley Iberoamérica.Autores: Ballagán, Reino7. INVESTIGACIÓN EN EL AULA Defina el concepto de isomería. Describa los tipos deisomería más frecuentes en química orgánica. ¿A qué se debe la mayor solubilidad del ácido maleico enagua? ¿Por qué el ácido fumárico hierve a mayor temperatura? Describa el mecanismo de reacción de la transformación deácido maleico a fumárico. En la anterior experiencia, ¿el ácido clorhídrico es un reactivoo un catalizador? Suponga una mezcla sólida problema que entre suscomponentes tiene al ácido fumárico; ¿cómo lo separaría delresto de los componentes?8. BIBLIOGRAFÍAR.T. Morrison y R.N. Boyd. 1992. Química orgánica. 5aed.México, AdissonWesley Iberoamérica
  74. 74. 73EXPERIMENTO N° 91. TÍTULO: Reacciones de sustitución nucleofílica (SN):Síntesis de los cloruros de n-BUTILO y tert-BUTILO2. OBJETIVOS:a)El alumno sintetizará los cloruros de n-butilo y tert-butiloapartir de los alcoholes respectivos.b)El alumno comprenderá que estos compuestos se obtienenmediante reacciones de sustitución núcleofilica (SN).c)El alumno evaluará la importancia del efecto estérico en laobtención de los productos, así como la formación delintermediario más estable.3. MARCO TEÓRICO:ReaccionesPara realizar un análisis del efecto estérico, es recomendableelegir las experiencias a y c que se presentan a continuación.Ahora bien, puede compararse el poder nucleófilo del ioncloruro y el ion bromuro realizando las experiencias a y b. Si elprofesor considera muy tediosas y largas estas experiencias,puede sugerir solamente la experiencia a para ilustrar unareacción de sustitución nucleofílica.a)b)c)
  75. 75. 744. MATERIALES A UTILIZAR EN EL EXPERIMENTO:Material de vidrio1 juego de químicaconjuntas 19/224matraces Erlenmeyer de25 ml1 vaso de precipitado de 50 ml1 matraz Kitazato de 100 ml1 pipeta graduada de 5 mlEquipo de laboratorio2soportes universales3pinzas de tres dedos c/ nuez1 anillo de hierro parasoporte universal 1 parrilla1 reóstato1 manta de calentamiento1 termómetro1 espátula1 propipetaReactivosAlcohol n-butílico, n-C4H9_OHAlcohol tert-butilico t- C4H9_OHÁcido clorhídrico, HClAcido sulfúrico, H2SO4Cloruro de cinc, ZnCl2Bicarbonato de sodio, NaHCO3Sulfato de sodio anhidro, Na2SO4Bromuro de sodio, NaBr5. EXPERIMENTACIÓNProcedimiento
  76. 76. 75A) Síntesis de cloruro detert-butilo:Se mezclan 2.5 g de alcohol tert-butilico y 10 ml de ácidoclorhídrico concentrado en un pequeño vaso de precipitado de50 ml (mezclar en la campana). La mezcla se transfiere a unembudo de separación pequeño y se deja reposar por 40minutos, procurando agitar de vez en cuando. Se deja reposar,hasta que se formen dos fases, y entonces se elimina la faseacuosa. La fase orgánica se lava con 5 ml de agua destilada ydos veces con 5 ml con disolución al 5% de bicarbonato desodio (precaución: la mezcla de bicarbonato de sodio con elmedio ácido provoca la formación de CO2; debe aliviarse lapresión generada en cada extracción). El producto se vierte enun matraz Erlenmeyer de 25 ml y se seca con suficiente sulfatode sodio anhidro. El líquido se transfiere a otro matrazErlenmeyer, seco y previamente pesado. El cloruro de tert-butilo puede purificarse destilando a 49-51°C. El rendimientoesperado es del 90%.B) Síntesis de bromuro de butilo:Se colocan 2.5 g de bromuro de sodio, 3 ml de agua y 1.9 mlde alcohol n-butílico en un matraz redondo de 50 ml. La mezclase enfría en agua con hielo y se adiciona lentamente 2.1 deácido sulfúrico concentrado, sin dejar de agitar. Se coloca unrefrigerante sobre el matraz redondo y se calienta la mezcla areflujo por 30 minutos. Se deja enfriar lentamente para que lareacción termine. Con el mismo condensador, se monta ahoraun sistema de destilación y se recibe la fracción que hierve a115°C. Se detiene la destilación cuando ya no se observa lasalida de gotas de sustancia insoluble en el agua (serecomienda realizar pequeñas pruebas a la gota en tubos deensaye). Un incremento en el punto de ebullición se debe a laebullición del bromuro de n-butilo y agua que contienecantidades crecientes de ácido sulfúrico. El destilado setransfiere a un embudo de separación y se lava con 5 ml deagua destilada. Si se observa una coloración rosada, debida a
  77. 77. 76trazas de bromo, se deberán agregar unos granos de bisulfitode sodio y agitar varias veces para que la coloracióndesaparezca o disminuya. Se separa el bromuro de butilo, lacapa inferior de líquido, y se vuelve a lavar con 2 ml de ácidosulfúrico concentrado frío, se agita vigorosamente por 5minutos y se deja reposar para que se separen las capas.Después de aproximadamente 5 minutos se separa la capa debromuro (ahora será la capa superior, pues el ácido sulfúricoconcentrado tiene una densidad de 1.84 gr/ml y el bromuro unadensidad de 1.275 g/ml) y se lava con 2.0 ml de una disoluciónal 5% de NaOH. El bromuro de butilo turbio se seca con unpoco de sulfato de sodio anhidro y la mezcla se calientaligeramente hasta que se torna transparente. Se decanta ellíquido y se transfiere a un matraz redondo seco y limpio paraque destile el bromuro de butilo a 99-103°C. El volumen delíquido obtenido se pesa y se mide (aproximadamente 1.9-2.3g, 42-50% de rendimiento). De ser posible, obténgase elespectro IR del compuesto.C) Síntesis de cloruro de butiloEn un matraz redondo se colocan 5 g (6.2 ml) de n-butanol, 11ml de ácido clorhídrico concentrado y 18.4 g de cloruro de zincanhidro. Se adapta un condensador al matraz redondo paramantener un reflujo por dos horas, con agitación constante.Para evitar que escapen vapores de ácido clorhídrico, seadapta una junta a la parte superior del condensador para quelos vapores se hagan burbujear en un matraz pequeño conagua.Transcurridas las dos horas de reflujo, se modifica el sistema yse monta un sistema de destilación para obtener su producto,el cual hierve a 115°C. Se separa la fracción superior deldestilado, se mide su volumen y se transfiere a otro matrazredondo. Se agrega el mismo volumen de ácido sulfúricoconcentrado y se calienta a reflujo por aproximadamente 30minutos. Entonces se destila el producto, el cual hierve a 76-79°C. El compuesto se transfiere a un embudo de separación y se
  78. 78. 77lava con 6 ml de agua destilada, 2.5 ml de una disolución al 5%de hidróxido de sodio y por último con otros 6 ml de aguadestilada. Se procede a secar con suficiente sulfato de sodioanhidro. Si se desea purificar más, puede volverse a destilar a75-78 °C. El volumen de líquido obtenido se pesa y se mide(rendimiento de 60 a 65%) para calcular el rendimiento. De serposible, obténgase el espectro IR del cloruro de tert-butilo(espectro IR-21 en el anexo A).NotasSe utiliza ácido sulfúrico concentrado para remover impurezasde alto punto de ebullición que no pueden separarse por simpledestilación.Se recomienda utilizar sulfato de sodio anhidro comodesecante, ya que el cloruro de calcio anhidro podría provocarla eliminación del cloruro en el producto en caso de que lamezcla aún sea acida.6. PARATEXTOFuente: L.A. Kirk. Enciclopedia de tecnología química. Tomo XI, 3ª ed.USA, John Wiley & Sons.
  79. 79. 78Autores:Ballagán, Reino7. INVESTIGACIÓN EN EL AULA ¿Cuál es el mecanismo de reacción en cada caso? ¿Qué otros productos se pueden formar? ¿Qué efecto tiene en la reacción el utilizar un alcohol primarioen lugar de uno terciario? En el mecanismo planteado, ¿qué carbón es más estable; unoprimario, uno secundario o uno terciario? Para sintetizar cloruro de butilo es necesario calentar y paraobtener el cloruro de tert-butilo no. ¿Por qué? ¿Con cuál alcohol se obtiene mayor rendimiento deproducto? ¿Por qué? Basándose en los rendimientos arriba indicados de bromurode butilo y cloruro de butilo, explique: ¿cuál es el nucleófilomás poderoso, el cloro o el bromo? ¿Qué reacción ocurrirácon mayor rapidez y por qué?8. BIBLIOGRAFÍAL.A. Kirk. Enciclopedia de tecnología química. Tomo XI, 3ª ed.USA, John Wiley & Sons.EXPERIMENTO N° 101. TÍTULO: Espectroscopia en la Región del Infrarrojo2. OBJETIVOS:

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