LABORATORIO DE QUIMICA ORGÀNICA

Escuela Nacional De Ciencias Biológicas

LABORATORIO DE QUIMICA ORGÀNICA

PRACTICA # 7

OBJETIVOS

Comprenderemos el concepto de isomería en particular el de isomería cis, trans. Al hacer la transformación del isómero cis del ácido 2-butenodioico (ácido maleico) al isómero trans, o ácido fumárico

Diferenciar los isómeros geométricos del ácido 2-butenodioico.

ANTECEDENTES

La isomería es una propiedad que se distingue cuando dos sustancias poseen la misma fórmula molecular pero difieren en la conectividad o en la disposición espacial de sus átomos.

Se les conoce como cis- (enantiómeros) a los isómeros geométricos que poseen grupos funcionales del mismo lado del plano y trans-(diastereómeros) a los que los tienen uno en cada lado del plano, es decir uno opuesto al otro.

Análisis

Los ácidos maleico y fumárico pueden obtenerse a partir del ácido málico, ya que este se deshidrata en presencia de un medio ácido, en este caso el ácido clorhídrico concentrado el cual ayudó a deslocalizar los electrones formando el carbocatión intermediario. Cuando el proceso se realiza a baja temperatura los grupos carboxilo (-COOH) se repelen mutuamente; en consecuencia, el enlace sigma σ gira de tal modo que al formarse el doble enlace estos grupos quedan ubicados en lados opuestos del enlace π, obteniéndose el ácido fumárico (isómero trans ).

Cuando la reacción se realiza a mayor temperatura, como lo hicimos nosotros la reacción es favorecida ya que los grupos carboxilo pueden vencer la mutua repulsión y al formarse el doble enlace tales grupos quedan ubicados del mismo lado del doble enlace π, obteniéndose así el ácido maleico (isómero cis).

Transposición del isómero cis al trans:

RESULTADOS

En la solución al 40 % de acido maleico en agua, se observa una mezcla heterogénea debido a la alta solubilidad en agua del acido maleico, explicada por la polaridad de la molécula donde la densidad electrónica se aglomera en los átomos de oxigeno, diferenciando las cargas.

Calentar la mezcla provoca que la reacción se acelere, debido al cambio de entalpia (esto se da en toda reacción química) al aumentar el calor en un mismo volumen aumentando la energía interna propiciando la deslocalización de electrones.

Terminado el proceso, tendremos una mezcla de acido fumárico, agua y residuos de acido maleico. Enfriando se formaran cristales de acido fumárico en suspensión causada por la baja polaridad de la molécula, la cual presenta una densidad electrónica más o menos heterogénea y por ende ausencia de cargas diferenciadas en la misma. Mientras que solubilizados en el agua habrá residuos de acido maleico, por esta razón se filtra la solución para separar ambos ácidos.

Al recristalizar en agua, se observó que si bien el acido fumárico es insoluble en agua fría, si lo es en ebullición lo que permite una recristalización viable.

Acido fumárico recristalizado

Acido fumárico crudo

ANÀLISIS

Cuando se ioniza un ácido carboxílico, el anión carboxilato que se produce tiene una carga negativa deslocalizada y compartida entre los dos átomos de oxígeno.

Los ácidos carboxílicos en general tienen una Ka de10-5 a 10-3, y son más ácidos que los alcoholes y el agua (Ka del orden de 10-8 y 10-14 respectivamente)

El grupo hidroxilo permite la formación de asociaciones moleculares por puente de hidrógeno

La asociación de dos moléculas mediante un puente de hidrógeno hace que la temperatura de ebullición sea mayor que la de compuestos heterólogos. La presencia en estos compuestos del grupo funcional carboxilo, así como la característica de la cadena carbonada, son factores determinantes de las propiedades físicas.

Su ionización se atribuye al desplazamiento electrónico a lo largo del doble enlace del grupo carbonilo hacia el átomo de oxígeno, dejando una carga positiva parcial sobre el átomo de carbono, provocando un desplazamiento inductivo a lo largo de los enlaces C - O y O - H, en sentido opuesto al átomo de hidrógeno, que puede ser extraído por interacción con una base. Por otra parte, el anión producido por la pérdida de un protón es un híbrido de resonancia de dos estructuras canónicas. La deslocalización de la carga estabiliza el anión, por lo que este puede formarse con mayor facilidad Ácidos Carboxílicos.

RENDIMIENTO

ACIDO FUMARICO

Punto de fusión 287°C

Resultados obtenidos 213°C

287°C----------- 100%

218°C ----------- 75.95%

0.6 Gramos obtenidos de Ácido fumárico.

Los cristales a pesar de haber sido recristalizados no quedaron completamente puros.

CUESTIONARIO

1.- ESCRIBE TUS OBSERVACIONES DEL PROCESO DE INTERCONVERCION DE ISOMEROS.

La estereoisomería cis-trans está habitualmente ligada a la presencia de dobles enlaces C=C porque la rotación alrededor del doble enlace está restringida, manteniendo los sustituyentes posiciones fijas respecto a los otros, y la energía necesaria para la conversión esta estrechamente ligada a las fuerzas intramoleculares y a la conformación de la molécula, y pueden definir las características del compuesto, tales como los puntos de ebullición y fusión, debido al arreglo molecular.

2.-ANOTA LAS CARACTERISTICAS DEL PRODUCTO CRUDO Y DEL PRODUCTO RECRISTALIZADO.

El producto crudo se observa de un tono un poco menos claro que el producto recirstalizado. Debido a que al recristalizarse se eliminan más impurezas volviendo los cristales mas claros. El acido fumárico puro presenta mayor estabilidad gracias a los puentes de hidrogeno que presentan las moléculas.

3.-QUÉ PAPEL DESEMPEÑA EL ACIDO CLORHÍDRICO

Se encarga de producir el medio acido para la ionización del ácido carboxílico, induciendo la deslocalización de electrones.

4.- EXPLICAR COMO SE PUEDE JUSTIFICAR:

a) La diferencia en los puntos de fusión: La estructura del acido fumárico facilita el enlace por puentes de hidrogeno extra moleculares entre los hidrógenos del grupo carboxílico, provocando una mayor estabilidad.

b) La diferencia de la solubilidad en agua

La primera molécula' es cis- y tenemos un momento dipolar neto, pero la segunda trans-, el momento dipolar neto es nulo al anularse ambos momentos dipolares.

c) La diferencia entre la primera constante de acidez

En la molécula cis- al ionizar un hidrogeno del grupo carboxilo, el oxigeno adquiere una carga negativa y atrapa densidad electrónica del hidrogeno del carboxilo adyacente, por lo que se necesita más energía para ionizar este ultimo. Mientras que en la molécula trans- la densidad electrónica de ambos grupos están parcialmente aisladas la una de la otra, por lo que la energía para ionizar el segundo hidrogeno no es mucho mayor.

d) Explicar a qué se debe que en el reflujo se observe formación y separación de cristales

Las moléculas recién sintetizadas de acido fumárico son poco solubles en agua por lo que no se encuentran disueltas en esta.

5.- INDICAR POR QUÉ ES LA FORMA TRANS- LA QUE PREDOMINA

La forma trans- es más estable por presentar menos repulsiones estéricas, y la molécula tiende a buscar la forma de mayor equilibrio.

6.- INDICAR QUÉ PRUEBAS QUÍMICAS SE PUEDEN REALIZAR PARA EVIDENCIAR LA PRESENCIA DEL GRUPO FUNCIONAL CARBOXILO

Prueba del yodato-yoduro

Es una reacción característica de los ácidos carboxílicos, que produce yodo molecular, que reconocemos por la coloración azul que adquiere el medio de la reacción al agregarle una solución de almidón. El ácido se combina con una mezcla de yodato de potasio, KIO3, y yoduro de potasio, KI, y se produce la siguiente reacción:

Conclusiones:

El arreglo estructural que presentan las moléculas con misma formula molecular , va influir de manera importante en su comportamiento y estabilidad, siendo así que el resultado siempre va hacer la molécula mas estable, en este caso el acido fumarico .

Bibliografía

H. Murillo. Y R.N. Boyd.1992. Química orgánica. 10° ed. México, ECLALSA, p.241. R.T. Morrison y R.N. Boyd. 1992. Química orgánica. 5°e.. México. ADISSON Wesley Iberoamérica.

Instituto Politécnico Nacional

Escuela Nacional de Ciencias Biológicas

Síntesis a Microescala de Ácido Fumárico

Objetivos del Experimento:

El objetivo de esta práctica es convertir un isómero cis en un isómero trans a partir del Acido Maleico con la asistencia del Acido Clorhídrico, se colocará a reflujo. Se identificara el producto por su punto de fusión

Identidad y propiedades físicas de los reactivos y productos orgánicos involucrados:

Reactivos |

Nombre | Acido Maleico | Acido Fumárico | Acido Clorhídrico |

Formula | C4H4O4 | C4H4O4 | HCl |

Peso Molecular (PM) | 116,1 g/mol | | 36,5 g/mol |

Punto de Fusión (PF) | 130°C | 287°C | -26 °C |

Punto de Ebullición (PE) | 135°C | 270°C | 48°C |

Aspecto y Color | Solido Cristales Blancos | Polvo cristalino incoloro e inodoro. | líquido incoloro olevemente amarillo |

Densidad | 1.590 kg/m3; 1.59 g/cm3 | | 1120 solución 25% kg/m3; 1,12 g/cm3 |

Índice de Refracción | | | 1.0 N (a 18 ºC): 1.34168. |

Solubilidad | 78 g/100 ml (25°C)

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