Embed Size (px)
Citation preview
Practica #5: Síntesis a
microescala de ácido fumárico
García Malpica y A. David Bautista H. José Nicolás
Objetivos
Convertir un isómero Cis en un isómero Trans
Diferenciar los isómeros geométricos del ácido 2-butenodioico
Isomería
La isomería se fundamenta en las diferentes formas en que se pueden unir entre sí los mismos átomos de un compuesto para formar distintas moléculas
Una misma fórmula molecular, incluso sencilla, puede corresponder a más de un compuesto. A estos compuestos se les denomina Isómeros.
De cadena:
Los isómeros de cadena poseen el mismo grupo funcional, pero la estructura de la cadena es diferente, pudiendo ser lineal, ramificada, etc., es decir, las uniones entre los C que forman la cadena son diferentes.
Isomería de Posición: la presentan los compuestos que tienen el mismo grupo funcional colocado en diferente posición dentro de la cadena carbonada.
Isomería de Función: la presentan aquellos compuestos que teniendo la misma fórmula molecular presentan distintos grupos funcionales.
Esteroisomería o espacial
Isomería Óptica:
Isómeros que poseen idénticas propiedades tanto físicas como químicas, diferenciándose únicamente en el distinto comportamiento frente a la luz polarizada.
Desvía el plano de polarización de la luz hacia la derecha: isómero dextro o (+) y el otro hacia la izquierda: isómero levo o (-).
Se da en moléculas con átomos de carbono asimétricos, es decir, unidos a cuatro sustituyentes distintos
Isomería Geométrica:
Es característica de aquellas sustancias que presentan un doble enlace carbono-carbono, y es debida a que no es posible la libre rotación alrededor del eje del doble enlace.
Asimismo, es preciso que los sustituyentes unidos a cada uno de los átomos de carbono implicados en el doble enlace sean distintos.
ENANTIÓMEROS
Dos estereoisómeros son enantiómeros si la imagen especular de uno no puede ser superpuesta con la del otro.
Tienen las mismas propiedades físicas y químicas, excepto por la interacción con el plano de la luz polarizada o con otras moléculas quirales.
Son moléculas quirales, es decir, que uno de sus carbonos tiene los 4 sustituyentes diferentes entre si (TODOS).
DIASTERÓMEROS
Son una clase de estereoisómeros tales, que no son superponibles pero tampoco imagen especular uno del otro, es decir, no son enantiómeros.
Ademas estos compuestos generalmente tienen dobles ligaduras.
Dentro del grupo de los diasterómeros se
encuentran los isómeros cis-trans (antes conocido como Isómeros Geométricos), los confórmeros o isómeros conformacionales y, en las moléculas con varios centros quirales, los isómeros que pertenecen a distintas parejas de enantiómeros.
Ejemplo:
Nomenclatura de la isomería geométrica:
Las distribuciones espaciales posibles son dos.
Cis: isómero que tiene los grupos funcionales iguales en el mismo lado del doble enlace (Z).
Trans: isómero que tiene los grupos funcionales iguales en posiciones opuestas (E).
z
Ácido Maleico Ácido Fumárico
PM: 116 g/mol PM: 116 g/mol
Pf: 131-139 °C Pf: 286 °C
P.E: 135°C (se descompone) --------------
Densidad: 1.59 g/cm3 Densidad: 1.63 g/cm3
Solubilidad en agua: Muy solubleSoluble en agua: Prácticamente
insoluble
Pka1: 1.9 Pka1: 3.0
Pka2: 6.5 Pka2: 4.0
Polaridad, momento dipolar, superficie de contacto y electronegatividad
Hace referencia a la repartición de las cargas en una molécula
Se forma un polo negativo y otro positivo
El momento dipolar se dirige hacia el átomo mas electronegativo
Están íntimamente ligadas a las propiedades físicas y químicas del compuesto.
Mapa del potencial electroestático
La parte rojiza representa la parte positiva del compuesto que esta ubicada en el carbono, y la azul que corresponde a la parte negativa que corresponde al OH
Fuerzas intermoleculares Puentes de hidrogeno Dipolo-Dipolo
Puentes de hidrógeno entre las moléculas de agua y de fenol
Aplicación del ácido fumárico
Se utiliza en el procesado y conservación de los alimentos por su potente acción antimicrobiana, como aditivo alimentario, se usa como un regulador de la acidez, acidulante alimentario. No es tóxico.
Bebidas en polvo, instantáneas y productos efervescentes
Provee acidez, evita el apelmazamiento de polvos y se disuelve fácilmente.
En gelatinas y postres Regula el pH, forma geles más fuertes con agentes gelificantes, incrementa la vida útil del producto por su baja higroscopicidad.
Bebidas y jugos Provee acidez, reduce el uso de conservadores sintéticos en combinación con el ácido cítrico y regula el pH
Tortillas y masas (trigo y maíz) Mejora la textura y esponja los horneados en productos no fermentados.
Dulces y confitería Realce de sabor y liberación lenta de ácidoPostres y rellenos dulces Inhibe las reacciones de pardeamiento durante la cocción.Lácteos y mantequillas Se utiliza como coagulante en la elaboración de quesos y
como antioxidante en combinación con otros aditivos.Cárnicos Retarda la oxidación en productos cárnicos procesados y
conserva el color
Aplicación del ácido maleico
El ácido maleico se emplea en la fabricación de resinas sintéticas y en síntesis orgánicas, actúa como conservante de aceites y grasas y sus sales se utilizan en la tinción de algodón, lana y seda.
Esta resina poliéster insaturada, tiene múltiples aplicaciones: elaboración de botes, muebles de baño, bases de cocina, sillas, concreto polimérico, losetas, autopartes, tuberías, tanques de almacenamiento. pinturas automotrices y arquitectónicas. Elaboración de fertilizantes y agroquímicos.
El ion maleato es la forma ionizada del ácido maleico. Es útil en la bioquímica como un inhibidor de las reacciones de las transaminasas.
¿A QUÉ SON DEBIDAS ESTAS DIFERENCIAS?
La diferencia la solubilidad, al igual que la ácidez se pueden explicar por la capacidad del ácido maleico de crear interacciones ion-dipolo al perder un hidrogeno
Por otra parte:
El ácido fumárico tiene una cadena casi lineal.El ácido maleico tiene una cadena abierta pero está casi cerrada (parecida un ciclohexano).
Consecuentemente el fumárico presenta mayor "superficie" de contacto por lo que las fuerzas intermoleculares son más intensas y se necesita mayor energía para que llegue a su punto de fusión.
El ácido fumárico es más estable que el maleico debido a que los grupos carboxilo están más separados uno del otro, por lo cual experimentan menor repulsión estérica.
OH
O
HO
O
OH
O
HO
O
OH
O
HO
O
O
O
O
O
HpKa 1: 1.9pKa 2: 6.1
Formación de Puentes de Hidrogeno
Parte experimental
Mecanismo de reacción
MATERIALES
1 Juego de destilación a microescala
1 Matraz Erlenmeyer de 125 mL
1 Anillo Embudo de vidrio
1 Soporte universal 3 vasos de precipitado de 150 mL
1 Mechero o parrilla 1 probeta de 100 mL
1 Matraz Erlenmeyer de 250 mL
PROCEDIMIENTO
PRUEBAS PARA COMPROBAR LA INTERCONVERSIÓN DE ISÓMEROS
Determinación de los puntos de fusión Determinación de los puntos de fusión en un
capilar cerrado Determinación de la solubilidad relativa Determinación de la acidez y reactividad con
el magnesio Determinación del patrón cromatográfico Reactivo de Bayer Prueba del bromo
DETERMINACIÓN DE LOS PUNTOS DE LOS PUNTOS DE FUSIÓN
Con la ayuda de un aparato de punto de fusión o con un aparato de Thiele tomar el punto de fusión de los cristales de ácido fumárico
En un tubo de capilar sellado por uno de sus lados, colocar el ácido fumárico pulverizado. Sujetar los capilares al termómetro.En un vaso de precipitado poner aceite mineral hasta la mitad.Sumergir el bulbo del termometro y los tubos en el aceite.Ponerlos a calentar en una parrilla aumentando la temperatura lentamente.
Observar cuidadosamente el punto de fusión de la muestra.
DETERMINACIÓN DE LOS PUNTOS DE LOS PUNTOS DE FUSIÓN EN CAPILAR CERRADO
DETERMINACIÓN DE LA SOLUBILIDAD RELATIVA
En tubos de ensayo separados se compara la solubilidad del ácido fumárico y del ácido maleico, disolviendo 1.00 g de cada uno ellos en 10 mL de agua.
DETERMINACIÓN DE LA ACIDEZ Y LA REACTIVIDAD CON MAGNESIO
En tubos de Fokayo separados se prepara una disolución de ácido maleico y otra de ácido fumárico, disolviendo .010 g de cada ácido en 20 mL de agua destilada.
Usando papel indicador se mide el pH de cada disolución . Luego a cada tubo se le agrega 3 cm de cinta de magnesio.
Se anota la reacción ocurrida y se establece una relación entre el pH de la disolución con el nivel de burbujeo del ión Hidrogeno (Más ácido máyor nivel de burbujeo)
PRUEBA DEL MAGNESIO
O
O
HO
O
OH
O
O
OH
Mg
Se preparan 3 disoluciones una con ácido fumárico otra con ácido maleico y otra con ambas en etanol u acetona.
Con un capilar de vidrio se aplica cada disolución sobre una placa fina de Sílica gel para cromatografía en placa fina
Se espera que el solvente se evapore y se registra el cromatograma usando como fase móvil una disolución acuosa de ácido ácetico al 1%
Revelar el cromatograma con H2SO4 o luz UV
DETERMINACIÓN DEL PATRÓN CROMATOGRÁFICO
PRUEBA DE BAYER Es una prueba cualitativa para identificar
insaturaciones en carbonos adyacentes
El reactivo de Bayer es una solución alcalina de permanganato de potasio en solución básica, que es un potente oxidante. La reacción con los enlaces dobles (-C=C-) o triples (-C≡C-) en un material orgánico ocasiona que el color se desvanezca de púrpura-rosado a marrón. Los aldehídos y el ácido fórmico (y los ésteres de ácido fórmico) también dan una prueba positiva.
PRUEBA DEL BROMO Consiste en comprobar la presencia de
alquenos o fenoles con una simple prueba con agua de bromo.
Con el alqueno, se produce una adición electrofílica, rompiendo el enlace doble y generando un dihaloalcano.
La reacción se caracteriza por el cambio de coloración (pasa de color rojizo del bromo a incoloro) lo que ratifica la presencia del alqueno.
Bibliografía
Francisca A. Carey . Química Orgánica. 6 ed. México. Ed McGraw-Hill, 1999.
Guapo San Juan. Lo más mejor de la química-
