CLAVE GUÍA No. 2

UNIVERSIDAD DE SAN CARLOS DE GUATEMALA
FACULTAD DE CC.QQ. Y FARMACIA
DEPARTAMENTO DE QUÍMICA ORGÁNICA
“SARA BASTERRECHEA DE MONZÓN”
QUÍMICA ORGÁNICA III 2014
GUIA DE ESTUDIO No. 2
CLAVE
INSTRUCCIONES: Resolver en grupo de la misma forma que a Guía No.1. Entregar el lunes 10 de
febrero antes de las 17:00 h.
Texto guía: Shriner, R. et. Al. (2013). Identificación sistemática de compuestos orgánicos. 2ª.
Edición en español. Limusa/Wiley. México. Capítulos 3 y 5.
Los métodos espectroscópicos con los que se cuenta en la actualidad son muy eficaces para
determinar la estructura e identidad de un compuesto, aunque siguen siendo de utilidad ciertas
pruebas rápidas y sencillas, que proporcionan información adicional, facilitando así el proceso de
de identificación de un compuesto orgánico desconocido.
El análisis sistemático de una muestra desconocida comprende, por lo general, los siguientes
pasos:
A) Examen preliminar, donde se anotan varias características de la muestra como estado físico,
color, olor, inflamabilidad.
B) Determinación de constantes físicas: punto de fusión o ebullición. Dependiendo de otros
resultados posteriores, podrá determinarse densidad, rotación óptica o índice de refracción.
C) Determinación de composición elemental (cualitativa) y fórmula molecular (espectrometría de
masas).
D) Clasificación por solubilidad
E) Análisis de espectros IR, RMN, UV (ocasional)
F) Pruebas de clasificación
G) Preparación de un derivado satisfactorio.
En el capítulo 3 del texto de Shriner encontrará lo relacionado a los incisos A, B y C. Después de
leerlo, responda lo siguiente:
1. ¿Por qué debe registrar el estado físico de la muestra?
Las fases se relacionan con la solubilidad y la volatilidad y esta proporciona ayuda para
la selección de métodos de purificación.
2. ¿Cuál es la utilidad del registro del color de la muestra?
El color de algunos compuestos se debe a las impurezas pero muchos líquidos y sólidos
tienen colores definidos debido a la presencia de grupos cromóforos en la molécula.
3. ¿Es el registro del olor de la muestra una práctica segura y confiable? ¿Cuáles grupos
funcionales presentan un olor característico? ¿Cómo se relaciona la volatilidad de una
muestra con el olor?
No, ya que el olor de sustancias orgánicas con frecuencia posee algún grado de toxicidad
y su uso está por lo general reglamentada.
Aminas
Tioles y sulfuros orgánicos
Ácidos carboxílicos y anhídridos
Ácido acético
Ácido butanoico
Ésteres
Naftaleno
Trementinas (pinenos)
Banzaldehído,
nitrobencenos
benzonitrilos
Eugenol
Cumarinas
Cetonas y Aldehídos
Pescado
Huevo podrido
Irritantes
Vinagre
Calcetines deportivos sucios
Frutales
Bolas de naftalina
Aguarrás
y Cereza o Almendras amargas
Clavo
Aceite de lavanda y Trébol dulce
Florales
Con respecto a la volatilidad, el olor es más pronunciado en un grupo determinado en
los miembros de bajo peso molecular, ya que estos son más volátiles.
4. Al llevar a cabo la prueba de ignición de un compuesto, ¿qué aspectos deben observarse y
registrarse? ¿Qué información nos puede brindar cada uno de ellos?
1. Inflamabilidad y naturaleza de la flama: Indica si el compuesto es explosivo.
2. Si la sustancia es sólida, si ésta se funde y la manera en que lo hace: Indica si el
compuesto está impuro.
3. El olor de los gases o los vapores emitidos: Da una indicación del peso molecular y si
el compuesto tiene insaturaciones.
4. El residuo que queda después de la ignición: Si queda un residuo orgánico después
de la ignición, este debe examinarse en busca de elementos metálicos.
5. ¿Qué significa el término “fuliginoso”? ¿En qué consiste la prueba de la llama para
identificación de metales? ¿Cuáles son los metales más comunes que se puede
encontrar formando parte de un compuesto orgánico?
Fuliginoso: Que contiene hollín o que participa de su naturaleza. La prueba consiste
en observar los humos y la forma en la que arde la llama, para hidrocarburos
aromáticos (que posea una cantidad relativamente elevada de carbonos) arde con
una flama amarilla fuliginosa.
Los hidrocarburos alifáticos arden con flamas amarillas pero menos fuliginosas. A
medida que se incrementa el contenido de oxígeno del compuesto, la flama se
vuelve más y más clara (azul).
Los metales más comunes son: Nitrógeno, Azufre y Halógenos.
6. Al comparar el punto de ebullición y el punto de fusión, ¿cuál es más confiable para
determinar la identidad de un compuesto y por qué?
El punto de fusión es más confiable pues en el caso del punto de ebullición este se ve
afectado por la presión atmosférica.
7. ¿Qué inconvenientes prácticos presenta la determinación de la densidad y del índice
de refracción de una muestra? Explique brevemente.
Los inconvenientes prácticos es que no se cuenta con los equipos.
Densidad relativa: Picnómetros y densitómetros
Índice de refacción: Refractómetros
8. La determinación de la rotación óptica, ¿debe ser rutinaria para toda clase de
muestra? Explique brevemente.
No, la rotación óptica solo se determina si la lista de posibles compuestos contiene
sustancias con actividad óptica.
9. A pesar de que casi todos los elementos que aparecen en la tabla periódica pueden
formar parte de un compuesto orgánico, por lo general en el laboratorio se identifica
sólo los más comunes ¿cuáles son esos elementos? ¿En qué forma se presentan y cuál
es la reacción química que los pone en evidencia? Escriba ecuaciones, incluyendo la
prueba del azul de Prusia para N.
Los elementos que más se identifican en los compuestos orgánicos son: C, H, P, N, S,
F, Cl, Br e I, y sales más comunes, como las que contienen Na, K y Ca.
Azufre
1. Na2S + Pb(OCOCH3)2 → PbS (sólido de color negro) + 2CH3COONa
2. Na2S + Na2Fe(CN)5NO → Na4[Fe(CN)5NOS] + 2NaOH
Nitrógeno
1.
2. NaCN + (NH4)2Sx → NaSCN + (NH4)2Sx-1
Polisulfuro de amonio
6 NaSCN + FeCl3 → Na3Fe(SCN)6 (rojo) + 3 NaCl
Cl, Br ó I
1. NaCl + AgNO3 → AgCl (blanco)
NaBr + AgNO3 → AgBr (amarillo pálido)
NaI + AgNO3 → AgI (amarillo)
+ NaNO3
2. 2NaI + Cl2(H2O) → 2NaCl + I2(CH2Cl2) (púrpura)
I2(CH2Cl2) + Cl2(H2O) → 2ICl (incoloro)
3. 2NaBr + Cl2(H2O) → 2NaCl + Br2(CH2Cl2) (café rojizo)
10. El análisis de combustión fue, durante muchos años, la única manera de determinar las
fórmulas moleculares de compuestos y sigue siendo un buen ejercicio docente para aplicación y
comprensión de conceptos. Calcule: a) la fórmula empírica, b) la fórmula molecular y
c) el IDH para cada compuesto cuyos datos se le proporcionan:
i) 71.98% C; 6.71% H; peso molecular 150.18
ii) 45.23% C; 3.45% H; 27.35% Br; 23.97% N peso molecular 292.14
iii) 43.62% C; 4.76% H; 5.09% N peso molecular 275.35
i)
71.98% C = 71.98g C = 71.98g/12g* mol-1 = 5.99 moles de C/1.33 = 4.5
6.71% H = 6.71g H = 6.71g/1 g* mol-1 = 6.6 moles de H/1.33 = 4.96
21.31% O = 21.31g O = 21.31g/16g* mol-1 = 1.33 moles de O/1.33 = 1
Fórmula Empírica (F.E.) = C5H5O = (5*12)+(5*1)+16= 81.10
Peso Molecular (P.M.)= 150.18
n= P.M./F.E. = 150.18/81.10 = 1.8 = 2
Fórmula Molecular (F.M.) = C10H10O2
IDH = 6
ii)
Se sigue el mismo procedimiento de arriba.
Fórmula Empírica (F.E.) = C11H10 N5Br = (11*12)+(10*1)+(5*14)+80= 292.00
Peso Molecular (P.M.)= 292.14
n= P.M./F.E. = 292.14/292.00 = 1
Fórmula Molecular (F.M.) = C11H10N5Br
IDH = 9
iii)
Se sigue el mismo procedimiento de arriba.
Fórmula Empírica (F.E.) = C10H13 O8N = (10*12)+(13*1)+(8*16)+14= 275.00
Peso Molecular (P.M.)= 275.35
n= P.M./F.E. = 275.35/275.00 = 1
Fórmula Molecular (F.M.) = C10H13 O8N
IDH = 5
La determinación de la solubilidad de un compuesto orgánico, unida a los resultados del análisis
preliminar, es de suma utilidad debido a que reducirá bastante las posibilidades de identidad de la
muestra. Para obtener resultados confiables se sigue un procedimiento presentado en el capítulo
5 del texto de Shriner.
10. Escriba el diagrama de flujo del procedimiento de clasificación por solubilidad e
indique la información que puede obtenerse de cada paso y por qué se sigue el orden
propuesto en el texto.
No están en diagrama de flujo aunque ustedes si deberán realizarlo en forma de
diagrama de flujo.
SOLUBILIDAD
1. Solubles en agua y éter.
2. Solubles en agua pero insolubles
en éter.
3. Insolubles en agua pero solubles
en NaOH y NaHCO3.
4. Insolubles en agua y en NaHCO3
pero solubles en NaOH.
5. Insolubles en agua pero solubles
en HCl diluido.
6. Insolubles en agua, NaOH, HCl
diluido y solubles en H2SO4
concentrado
y
frío,
pero
contienen
otros
elementos
además de carbono, hidrógeno y
halógenos.
7. Insolubles en agua, NaOH y HCl
diluido pero solubles en H2SO4
concentrado y frío.
8. Insolubles en agua, NaOH diluido,
HCl diluido y H2SO4.
TIPO DE COMPUESTO
Compuestos
monofuncionales
no
mayores de 5 o 6 átomos de carbono,
alcoholes de bajo peso molecular,
aldehídos, cetonas, ácidos, ésteres,
aminas, nitrilos, cloruros de acilo, amidas.
Alcoholes polioxhidrílicos, diaminas,
carbohidratos, sales de aminas, sales
metálicas,
ácidos
polibásicos;
hidroxialdehídos, cetonas y ácidos;
aminoácidos, sales de ácidos.
Ácidos de alto peso molecular; fenoles
con sustituyentes negativos.
Fenoles, sulfonamidas de aminas
primarias, compuestos nitroalifáticos
primarios
y
secundarios;
imidas,
tiofenoles.
Aminas que contienen no más de un
grupo arilo unido al nitrógeno; hidracinas
y algunas amidas.
Nitrocompuestos (ter), amidas, aminas
con
sustituyentes
negativos,
sulfonamidas de aminas secundarias; azo
y azoxicompuestos; alquil o aril cianuros;
nitritos, nitratos, sulfatos, fosfatos,
sulfonas, sulfuros.
Alcoholes, aldehídos, cetonas, ésteres,
compuestos insaturados como alquenos,
alquinos y polialquilbencenos, éteres
excepto diariléteres.
Hidrocarburos aromáticos y alifáticos y
sus derivados halogenados.
A continuación encontrará los resultados del examen preliminar y el comportamiento de
solubilidad de las siguientes muestras desconocidas. Para cada una, escriba todas las inferencias o
deducciones lógicas que pueden hacer a partir de los datos proporcionados.
a) Líquido incoloro, fácilmente inflamable, arde con llama amarilla de base azul, sin dejar residuo,
insoluble en agua, insoluble en ácido y bases diluidas; soluble en H2SO4 conc.; no contiene N, S ni
X.
Posible ausencia de grupos cromóforos, podría ser explosivo, presencia de oxígeno, no hay
presencia de metales. Posible presencia de alcoholes.
b) Sólido blanco, no se quema sino se carameliza, soluble en agua e insoluble en éter; no contiene
N, S ni X.
Posible ausencia de grupos cromóforos, posible presencia de azúcares. Posible presencia de
alcoholes polioxhidrílicos, carbohidratos, ácidos polibásicos, hidroxialdehídos, cetonas y
ácidos.
c) Sólido blanco, cristalino. Contiene N pero no S ni X. Insoluble en agua, ácidos y bases diluidas.
Arde con llama amarilla que desprende abundantes humos negros.
Posible ausencia de grupos cromóforos, presenta insaturaciones C=C alifáticos y/o aromáticos.
Posible presencia de nitrocompuestos, amidas, aminas con sustituyentes negativos, alquil o aril
cianuros, nitritos, nitratos.
d) Líquido café que se quema con llama amarilla con abundantes humos negros. Insoluble en agua
y NaOH diluido; soluble en HCl diluido. No contiene S ni X pero si N.
Posible presencia de grupos cromóforos, presenta insaturaciones C=C alifáticos y/o aromáticos.
Posible presencia de aminas que contienen no más de un grupo arilo unido al nitrógeno,
hidracinas y algunas amidas.
e) Líquido incoloro, con olor a piña. Arde con llama amarillo desprendiendo pocos humos negros y
no deja residuo. Insoluble en agua, ácidos y bases diluidos, soluble en H2SO4 concentrado. No
contiene S, X ni N.
Posible ausencia de grupos cromóforos, posible grupo éster, presencia de pocas presenta
insaturaciones C=C alifáticos y/o aromáticos, ausencia de metales. Posible presencia de
alcoholes, aldehídos, cetonas, ésteres, compuestos insaturados como alquenos, alquinos,
polialquilbencenos, éteres excepto diariléteres.