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ISOMERÍA GEOMÉTRICA TRANSPOSICIÓN DE ANHIDRIDO MALEICO A ÁCIDO ...

Isomería geométrica Quím. Orgánica I (1311) 94 ISOMERÍA GEOMÉTRICA TRANSPOSICIÓN DE ANHIDRIDO MALEICO A ÁCIDO FUMÁRICO OBJETIVOS a) Aplicar los conocimientos adquiridos para ...

Enviado* el 31/12/2010 20:28
                                                                                                                                                          Isomería geométrica Quím. Orgánica I (1311) 94 ISOMERÍA  GEOMÉTRICA TRANSPOSICIÓN DE ANHIDRIDO MALEICO A ÁCIDO FUMÁRICO OBJETIVOS a) Aplicar los conocimientos adquiridos para efectuar una reacción. b) Efectuar la hidrólisis e isomerización del anhidrido maleico (cis) a ácido fumárico (trans) por catálisis ácida. c) Comprobar la isomerización, mediante la comparación de los puntos de fusión de la materia prima y el producto. ANTECEDENTES a) Propiedades físicas y químicas de los reactivos y del producto. b) Conceptos básicos de estereoquímica. c) Isomería cis-trans. d) Mecanismo de la reacción de isomerización. e)   Pasos para efectuar una cristalización. INFORMACION ?En un alqueno, los dos orbitales  p que forman el enlace ?  deben ser paralelos para que el traslape resulte máximo, por lo que no hay rotación respecto a un doble enlace. ?Por esa razón, un alqueno disustituido sólo puede existir en dos formas distintas: los hidrógenos unidos a los carbonos Sp2 están en el mismo lado (isómero cis ) o en lados opuestos (isómero trans ) del enlacedoble.  También se le llama isomería geométrica. ?Téngase en cuenta que los isómeros cis-trans tienen la misma fórmula molecular, pero son distintos en la forman en que sus átomos se orientan en el espacio. ?Para que ocurra una rotación alrededor de un doble enlace, se debe romper temporalmente el enlace ? . ?Un ejemplode lo anterior lo tenemos en la transposición del ácido maleico (isómero cis ) a ácido fumárico (isómero trans ), catalizada con ácido.
                                                                                                                                                          Isomería geométrica Quím. Orgánica I (1311) 95 REACCIÓN O O O H H HCl H 2 O Anhidrido  maleico  Pf = OH OH H O O H H+ H 2 O Ácido  maleico  Pf = HO H OH H O O Ácido  fumárico  Pf = ?Un mecanismo sencillo que nos puede explicar esta transposición es el siguiente: a) Si se parte del anhidrido maleico (más comercial), ocurre primero una hidrólisis al protonarse un oxígeno y entrar una molécula de agua en el carbono del grupo carboxilo, formándose el ácido correspondiente (ácido maleico, cis ). b) El ácido maleico se protona, lo que provoca un corrimiento de electrones desde la doble ligadura, lo que deja una ligadura sencilla, con lo cual se gira inmediatamente, debido a la repulsión entre los grupos carboxilo, adquiriendo ahora la forma trans , más estable. MECANISMO DE LA REACCIÓN a)  Hidrólisis  del  anhídrido  maleico.- C C C O C H H O O H+ ¨ : C C C O C H H O O H O H H .. : + C C C O C H H O O H O H H + .. : C C C O C H H O O H O H H + .. : C C C OH OH C H O O H
                                                                                                                                                          Isomería geométrica Quím. Orgánica I (1311) 96 b)  Transposición  del  isómero  cis  al  trans .- C C C O O C H O O H H H H+ .. : H C C C O O C H O O H H H + C C H O C C O H O O H H H giro .. : + C C H O C C O H O O H H DESARROLLO EXPERIMENTAL MATERIAL POR ALUMNO Matraz pera de una boca 1 Agitador  de  vidrio 1 Refrigerante p/agua c/mangueras 1 Embudo  de  vidrio 1 Matraz Erlenmeyer de 125 ml * 2 Vidrio de reloj 1 Vaso  de  pp.  de 150  ml * 1 Espátula 1 Embudo Büchner c/alargadera 1 Mechero con manguera 1 Kitasato de 250 ml * c/manguera 1 Anillo  de  hierro 1 Pipeta  de  10 ml* 1 Tela  de  alambre  con  asbesto1 Probeta  de  25  ml * 1 Pinza de tres dedos con nuez 1  * Graduado Recipiente  de  peltre 1 -   Alternativo:  matraz redondo fondo plano de 50 mL.,                        parrilla con agitación  y  agitador magnético. 1 c/u SUSTANCIAS Y REACTIVOS Anhidrido maleico Ácido maleico Agua destilada Ácido clorhídrico concentrado Ácido clorhídrico al 10 %
                                                                                                                                                          Isomería geométrica Quím. Orgánica I (1311) 97 PROCEDIMIENTO En un matraz de pera de 60 mL coloque 1.0 g. de ácido ó anhidrido maleico y disuélvalo con 2 mL  de agua caliente, agregue poco a poco 2.5 mL  de ácido clorhídrico concentrado y agregue cuerpos de ebullición. Coloque el refrigerante en posición de reflujo y caliente a ebullición durante 20 minutos (Notas 1 y 2). Los cristales de ácido fumárico se van formando en el seno de la reacción, por lo que hay que controlar el calentamiento para evitar proyecciones. Terminado el tiempo de reflujo, apague el mechero, deje enfriar un poco y luego enfríe el matraz con agua y filtre al vacío. Recristalice el producto crudo, de una solución de ácido clorhídrico al 10 %, filtre al vacío y deje secar. Pese el producto obtenido y calcule el rendimiento. Determine el punto de fusión del ácido fumárico comparándolocon el de la materia prima. Para esto use el aparatoFisher-Johns, caliente hasta 150º y observe si funde o no el producto obtenido. Compuesto  de                                                                 Compuesto  resultante     partida:                                                                            (Ácido  fumárico) (Ácido ó anh.   maleico) Notas: 1) Para efectuar una reacción a reflujo calentando con un mechero, se monta el equipo de la manera siguiente : se ajusta el anillo de hierro en el soporte dejando suficiente espacio para la flama del mechero, se coloca la tela de alambre con asbesto (con el asbestohacia arriba) y se sujeta el matraz con las pinzas, cuidando que el matraz  se apoyeenla tela de asbesto (para poder controlar el calentamiento). Se le agregan al matraz todos los reactivos requeridos y unos cuerpos de ebullición, y finalmente se coloca el refrigerante en forma vertical, lubricando con un poco de vaselina. Recuerde que las mangueras del refrigerante deben colocarse de tal manera que el agua entre por la parte inferior y salga por la superior, y que no toquen la tela de asbesto ni el mechero. 2) El tiempo de reflujo se comienza a contar a partir de que caiga la primera gota de disolvente condensado por el refrigerante.
                                                                                                                                                          Isomería geométrica Quím. Orgánica I (1311) 98 MANEJO DE RESIDUOS RESIDUOS CANTIDAD D1. Ácido clorhídrico diluido,       con trazas de ácido maleico D2. Ácido clorhídrico diluido,       con trazas de ácido fumárico D3. Papel filtro D1 y D2: Deben neutralizarse y desecharse al drenaje. D3.  Empacar y enviar a incineración CUESTIONARIO a) ¿Aque se le llama isomería geométrica? b) Escriba la reacción efectuada. c) Dibuje el mecanismo de la reacción. d) En una isomería cis-trans , diga cuál isómero es el más estable y explique por qué. e) Con base en los puntos de fusión de la materia prima y del producto, ¿cómo puede saber que obtuvo el producto? f) ¿Por qué razón es conveniente vigilar el reflujo cuando aparecen los cristales en el seno de la reacción? g) Investigue cuál es la toxicidad del anhidrido y del ácido maleico. h) Escriba la secuencia de pasos para realizar una cristalización. i) ¿Qué precauciones debe de tener al calentar la solución de ácido clorhídrico al 10 % al momento de cristalizar? j) ¿Cómo se atraparían los gases producidos durante la reacción? BIBLIOGRAFÍA a) Vogel A.I.,  Vogel`s Textbook of Practical Organic Chemistry, 5aed.,  Longman Scientific & Technical, London, 1989. b) Fessenden R.J. and Fessenden J.S. Organic Laboratory Techniques. Brooks/Cole, USA., 1993. c) Ávila Z. G. et al.  Química Orgánica, Experimentos con un enfoque ecológico, Dirección General de Publicaciones y Fomento Editorial, UNAM, México, 2001. d) McMurry J.,  Química Orgánica,  6ª ed., Thomson, México, D.F., 2004. e) Bruice P. Y., Química Orgánica,  5ª ed., Pearson Educación, México, D.F., 2008.

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