PRÁCTICA 6: SÍNTESIS A MICROESCALA DE ÁCIDO FUMÁRICO.

Resumen:

La presente práctica de laboratorio “Síntesis a microescala de acido fumárico” abordará la conversión de un isómero cis en un isómero trans, iniciando con la reacción acido-base entre un carbonilo del ácido maleico y el HCl para obtener ácido fumárico. Se presentará el fundamento teórico y el mecanismo de esta reacción.

En la primera parte experimental se iniciará con el calentamiento de una solución de ácido maleico/agua y HCl constante por 30 minutos para que se lleve a cabo toda la reacción entre estos, posteriormente se dejará enfriar y luego se separará y se recristalizará para obtener los cristales de ácido fumárico.

En la segunda parte del experimento se colocará en 2 tubos la misma cantidad de ácido fumárico (en uno) y de ácido maleico (en otro) con 2 mL de agua para obtener los siguientes resultados de cada uno: solubilidad, pH, Rf después de realizar la cromatografía en capa fina (correr en soluciones de ácido acético y ácido etílico 1:1 y 6:4 respectivamente), reactividad de los ácidos a la adición de bromo y a la adición de permanganato de potasio. Finalmente se tomará el punto de fusión a los cristales obtenidos.

Introducción:

Dos sustancias son isómeros cuando poseen la misma formula molecular pero difieren en la conectividad o en la disposición espacial sus átomos.

Los ácidos maleico y fumárico pueden obtenerse a partir del ácidomálico, ya que este se deshidrata en presencia de medio ácido, formándose un carbocatión intermediario. Cuando el proceso se realiza a baja temperatura los grupos carboxilo (-COOH) se repelen mutuamente; en consecuencia el enlace gira de tal modo que al formarse el doble enlace estos grupos quedan ubicados en lados opuestos del enlace , obteniéndose el ácido fumárico (isómero trans); esto puede visualizarse mejor en la figura 6.1.

Cuando la reacción se realiza a mayor temperatura, los grupos carboxilo pueden vencer mutua repulsión y al formarse el doble enlace tales grupos carboxilo quedan ubicados del mismo lado del doble enlace , obteniéndose así el acido maleico (isómero cis).

Debido a la estructura del ácido maleico los grupos carboxilo se localiza uno frente al otro es muy fácil que reaccionen, produciéndose entonces el anhídrido maleico. Esta propiedad permite diferenciar y separar al ácido maleico del fumárico. El anhídrido maleico que se hidroliza fácilmente para dar el ácido maleico, bastante soluble en agua y que tiene bajo punto de fusión (130 grados centígrados). Por otra parte, el doble enlace del ácido maleico puede hidratarse fácilmente con ácido clorhídrico que lo isomeriza en ácido fumárico, muy insoluble y de punto de fusión elevado (287 grados centígrados).

Los isómeros trans tienen punto de fusión más alto, mayor densidad son más estables termodinámicamente y tienen mayor estabilidad quelos isómeros cis.

Es posible que en lugar de la despronotación, ocurra la adición del anión de ácido (Cl- si se utiliza HCI) al carbocatión con lo que se forma un cloruro. La eliminación de cloruro de hidrógeno a partir del mismo conduce preferentemente al producto más estable, es decir, al isómero trans. 1

Resultados y discusión de resultados:

SINTESIS DE ACIDO FUMARICO:

Durante la síntesis de ácido fumárico se obtuvieron los siguientes resultados:

*Se agregó 2 ml de la solución al 40% del ácido maleico, por lo que se adicionó como reactivo: Hay en la solución 20g por cada 50ml por lo tanto en 2 ml hay:

[ (2ml)(20g)/(50 ml)= 0.8g ]

*El ácido maleico se disolvió completamente en el agua, a diferencia del ácido fumárico que este no es soluble en agua, y que a temperatura ambiente no lo hizo. Al ebullir el ácido maleico con el HCl que se disoció en la solución acuosa y actuando como catalizador provocó un cambio en el ácido maleico precipitando sólidos blancos cristalinos procedentes de la isomerización del ácido fumárico que necesitábamos, por ello es que al eliminar el cloruro de hidrógeno nos condujo al producto más estable, es decir, al isómero trans.

* El HCl sirve para, facilitar la interconversión del isómero cis a trans que es estable porque sus grupos carboxilo se repelen.

La pureza y el rendimiento sintetizado a partir del ácido maleico son equivalentes a los obtenidos del ácido HCl. El reflujo esla forma de evitar la pérdida del disolvente por evaporación.

*Se tomo el punto de fusión de los cristales de acido fumarico y las lecturas arrojaron que al formarse la primera gota la temperatura fue de 198°C y al evaporarse toda la muestra fue de 225°C.

EXPERIMENTOS ADICIONALES CON Br Y KMnO4:

*Al adicionar permanganato de potasio al ácido maleico este cambio su coloración incolora a violeta que nos indica que posee dobles enlaces. Al agregar solución de Br2/H2O al ácido maleico este solo se coloro amarillento que tiene la solución de Br2/H2O al igual que el ácido fumárico, siendo el ácido maleico el que tiene menor acidez, pues una de las propiedades del ácido maleico es que se estabiliza por puentes de hidrógeno intramoleculares.

6.41. Tabla comparativa entre algunas propiedades del ácido maleico y del ácido fumárico determinadas experimentalmente.

Acido maleico

Acido fumárico

solubilidad

X

(mas soluble)

ph

X

1.5 (mas acido) ver imagen 6.3

3.0

cromatografía en capa fina (Rf)

X

0.57 (mas polar) ver imagen 6.2

0.57

Imagen 6.2 Cromatografía en capa fina para ácido maleico y ácido fumárico.

Imagen 6.3 pH a) ácido maleico b) ácido fumárico

Conclusión:

En el laboratorio se realizó la síntesis a microescala

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