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• Dianita Montaño

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SUBSTANCIA DESCONOCIDA No. 2 Aragón A.1, Montoya A.2 No. ID1, No. ID2 Facultad de Educación a Distancia y Virtual, Programa de Salud Ocupacional, UNIAJC, 13 de Mayo de 2010.

RESUMEN Se empleó el análisis orgánico clásico para la identificación de una substancia sólida desconocida, la cual se purificó por recristalización en agua. Una vez pura, se determinó el punto de fusión del sólido blanco, el cual fue de 188.9 – 191.3 ºC. Con la prueba de llama se determinó que el compuesto correspondía a los alifáticos con presencia de oxígeno en su estructura. El análisis elemental (fusión con sodio) resultó negativo tanto para nitrógeno como para halógenos. Dado que el compuesto fue soluble en NaOH y en NaHCO3, se clasificó en la clase A1. La prueba de la 2,4-dinitrofenilhidrazina que resultó negativa, descartando la posibilidad de que la substancia fuera un aldehído o cetona; la prueba de yoduro-yodato y la prueba con carbonato de sodio verificaron la existencia de un ácido carboxílico de cadena alifática corta. Con los anteriores resultados se obtuvieron tres posibles compuestos, de los cuales dos se descartaron al determinar el equivalente de neutralización del ácido, el cual fue de 59.62 g/mol, del cual se obtuvo un peso molecular de 119.24 g/mol que se aproximaba al del ácido succínico.

INTRODUCCIÓN Actualmente sigue predominando el interés en los experimentos de laboratorio relacionados con la identificación de compuestos orgánicos mediante la aplicación del método científico. En ello se basa el análisis sistemático orgánico, el cual va de lo más sencillo a lo más complejo, para presentar una argumentación sólida sobre la solución del problema planteado,1 lo que implica aplicar los conocimientos de la Química [email protected] [email protected]

2

(General y Orgánica) en la interpretación de los resultados obtenidos y en la planeación de los experimentos que deben realizarse. Como complemento del método científico, se deben incluir los métodos espectroscópicos de análisis, como medio de ultimar y confirmar la identificación del compuesto desconocido, una vez ha sido inferido por el análisis sistemático.

Dos sustancias pueden presentar grandes diferencias entre sus propiedades fisicoquímicas a causa de su naturaleza química (átomos que la constituyen, tipos y formas de enlaces, fuerzas intermoleculares, estabilidad de las moléculas, etc.).2 Los compuestos orgánicos, se caracterizan por su procedencia de la naturaleza viva y aparte de ser los responsables de formar los tejidos de los seres vivos, representan materia prima para la creación de sustancias que mejoran la calidad de vida del ser humano, por ende es necesario conocer sus composición y estructura química, conociendo de antemano que esta clase de compuestos comparten la característica de poseer un bioelemento base llamado “carbono” en sus moléculas.2 Con el propósito de llegar a la identificación de un compuesto orgánico desconocido es necesaria la realización de las siguientes determinaciones: 



Determinación de propiedades físicas:

 Se debe hacer con la mayor precisión utilizando el método apropiado, corresponden al punto de fusión (sólidos) y de ebullición, densidad e índice de refracción (líquidos), estos valores son confrontados con los encontrados en la literatura. 

Análisis Elemental: se determina la presencia de nitrógeno, azufre y/o halógenos (yodo, bromo y cloro); de acuerdo a los resultados se inicia la clasificación de la substancia desconocida.



Comportamiento de solubilidad: esta prueba permite clasificar el compuesto como polar o no polar, ácido, básico o neutro.



Determinación de (el) (los) grupo (s) funcional (es) mediante reacciones específicas: útil para proponer posibles estructuras del desconocido por medio de los resultados cualitativos (positivo o negativo) de las reacciones y la correlación con las deducciones reportadas en la literatura. Cabe aclarar que esta determinación se hace de acuerdo al comportamiento que ha mostrado la muestra en las determinaciones expuestas anteriormente, es decir, es una consecuencia de los resultados obtenidos hasta este punto.



Síntesis de derivados (preferiblemente sólidos): su preparación implica conocer el procedimiento y las reacciones que deben llevarse a cabo, además debe identificarse cuál es el derivado más recomendable para el tipo de compuesto inferido en base en las determinaciones realizadas previamente.

Deducción de la apariencia general:

 Estado Físico: Sólido o líquido, información útil para consultar tablas de compuestos, las cuales están subdivididas sobre esta base.  Color: el cual da indicio de impurezas o presencia de grupos cromóforos.  Olor: aunque no es posible describirlos de forma precisa, se deben familiarizar con olores de compuestos usuales. 

Purificación:

 Sólidos (cristalización, sublimación) y líquidos (destilación sencilla, fraccionada y a presión reducida), útil para proceder con el esquema general de análisis sistemático.



Espectro Infrarrojo: identificación de las principales señales de IR del derivado preparado con el fin de confirmar la estructura del compuesto desconocido.

La masa equivalente de un ácido puede medirse o determinarse por valoración con una base. El equivalente de neutralización de un ácido, es una indicación acerca del peso molecular y frecuentemente resulta útil para establecer la identidad del ácido. El equivalente de neutralización pude definirse como el peso en gramos de un ácido que hace falta para neutralizar un equivalentegramo de una base. Si un ácido desconocido es monoprótico, es decir, solo puede liberar un protón, su equivalente de neutralización y su peso molecular son el mismo número. Evidentemente el equivalente de neutralización de un acido diprótico es igual a la mitad de su peso molecular, el de uno triprótico la tercera parte, etc.3

DATOS, CÁLCULOS Y RESULTADOS Siguiendo el esquema general del análisis sistemático presentado en el anexo 1, se inició la identificación de la muestra desconocida con el examen preliminar una vez se purificó por recristalización con agua. Las observaciones pertinentes se encuentran en la Tabla 1. Tabla 1. Resultados del examen preliminar Estado Físico

Color

Olor

Sólido

Blanco

Inodoro

Prueba de llama Llama azul no fuliginosa

Una vez puro el compuesto se procedió a la determinación de las constantes físicas. Al tratarse de una muestra sólida, sólo se determinó el punto de fusión, pues es la constante de interés para este caso. La Tabla 2 muestra los resultados obtenidos. Tabla 2. Valores determinados del punto de fusión para la muestra sólida Punto de Fusión (ºC) Substancia impura

Substancia pura

193.8 – 199.9

188.9 – 191.3

Continuando con la identificación de la muestra desconocida, se determinaron los elementos presentes en la muestra utilizando el método de análisis elemental: fusión con sodio. Los resultados de este análisis se observan en la Tabla 3. Tabla 3. Resultados del análisis elemental ELEMENTO

N

S

Cl

Br

I

F

RESULTADO

-

-

-

-

-

-

Posteriormente se realizaron las pruebas de solubilidad siguiendo la secuencia del diagrama presentado en el anexo 2. En la Tabla 4 se pueden apreciar los resultados de estas pruebas. Tabla 4. Resultados de las pruebas de solubilidad REACTIVO

H2O

NaOH

NaHCO3

RESULTADO

-

+

+

Con el fin de determinar los grupos funcionales presentes en la substancia de estudio, se tuvieron en cuenta los datos de las Tablas 1 – 4 para descartar las pruebas de clasificación preliminar. Las pruebas realizadas y sus resultados se consignan en la Tabla 5.

Tabla 6. Compuestos posibles y características 4-7 Compuestos Posibles

Punto de fusión (ºC)

Apariencia

Ácido butanodióico (ácido succínico)

188

Cristales blancos inodoros

Ácido 1,3-dicarboxílico (ácido D-camfórico)

188

Cristales blancos

Ácido etanodióico (ácido oxálico)

188

Cristales blancos

Tabla 5. Pruebas de clasificación preliminar PRUEBA 2,4dinitrofenilhidrazina Yoduro-Yodato

RESULTADOS No se presentó formación de precipitado Aparición inmediata de color azul

INFERENCIAS No es aldehído o cetona Ácidos Carboxílicos y Fenoles

Cloruro Férrico

No se presentó cambio aparente

No es un fenol

Carbonato de Sodio

Presencia de burbujas de CO2

Ácido Carboxílico de cadena alifática corta

Cloruro de acetilo

No se presentó cambio aparente

No contiene grupos hidroxilo

No se presentó cambio de coloración

El compuesto no tiene insaturación en la cadena hidrocarbonada

Agua de bromo y KMnO4

Con los resultados obtenidos hasta este punto, es viable establecer los posibles compuestos realizando un examen preliminar de la bibliografía. Los compuestos posibles y algunas de sus características, se pueden visualizar en la Tabla 6.

Debido a que los resultados indicaban que la substancia desconocida correspondía a un ácido carboxílico, se procedió a determinar el equivalente de neutralización.

Tabla 7. Valores experimentales empleados para el análisis del derivado. DESCRIPCIÓN g de Ftalato ácido de potasio (patrón primario) mL de NaOH gastados en la estandarización g del compuesto desconocido mL de NaOH gastados en la titulación de la muestra



CANTIDAD

0.1217 6.25 0.2007 35.3

Determinación de la concentración real del NaOH utilizado en la titulación de la solución del acido dicarboxílico.

→ [𝑁𝑎𝑂𝐻] = 0.1217 𝑔 𝐹𝑡𝑎𝑙𝑎𝑡𝑜 × 1 𝑚𝑜𝑙 𝐹𝑡𝑎𝑙𝑎𝑡𝑜 1 𝑚𝑜𝑙 𝑁𝑎𝑂𝐻 × 204.1865 𝑔 𝐹𝑡𝑎𝑙𝑎𝑡𝑜 1 𝑚𝑜𝑙 𝐹𝑡𝑎𝑙𝑎𝑡𝑜 1 103 𝑚𝐿 × × 6.25 𝑚𝐿 1𝐿 ≅ 0.095 𝑀

Tabla 8. Análisis del espectro de la substancia desconocida No. 2 Bandas 𝜈(O-H) 𝜈(C-H) 𝜈(C=O) δ(C-O-H) δ(O-H) en el plano 𝜈(C-O) δ(O-H) fuera del plano τ(-CH2-) δ(C-H)

Frecuencia (cm-1) 2500 - 3300 3004.26 1731.19 1423.53 1310.69 1200.74 915.27 803.39 638.47, 582.53, 545.88

∴ 𝑬𝒒𝒖𝒊𝒗𝒂𝒍𝒆𝒏𝒕𝒆 𝒅𝒆 𝑵𝒆𝒖𝒕𝒓𝒂𝒍𝒊𝒛𝒂𝒄𝒊𝒐𝒏 =

𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑚𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎 × 1000 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑑𝑒 𝑁𝑎𝑂𝐻 × 𝑀 𝑑𝑒 𝑁𝑎𝑂𝐻

=

0.2007 𝑔 × 1000 35.3 𝑚𝐿 × 0.095363797 𝑀 ≅ 59.62 𝑔/𝑚𝑜𝑙

Dado que el compuesto desconocido es un diácido, por ende, su peso molecular a partir del resultado del equivalente de neutralización, se calcula así:

Tabla 9. Análisis del espectro teórico del ácido succínico 8 Bandas 𝜈(O-H) 𝜈(C-H) 𝜈(C=O) δ(C-O-H) δ(O-H) en el plano 𝜈(C-O) δ(O-H) fuera del plano τ(-CH2-) δ(C-H)

Frecuencia (cm-1) 2500 – 3300 2933 1729 – 1693 1421 1311 1200 – 1206 921 803 639, 584, 547

𝑃𝑀 = 59.61961004 × 2 ≅ 𝟏𝟏𝟗. 𝟐𝟒 𝒈/𝒎𝒐𝒍

ANÁLISIS DE RESULTADOS Examen preliminar y constantes físicas

Finalmente se tomó un espectro IR para el sólido blanco purificado, el cual se comparó con un espectro teórico. En las Tablas 8 y 9 se encuentran los valores de las frecuencias correspondientes a las bandas que se identificaron en los espectros IR del anexo 3.

La substancia desconocida se observó como un sólido de color blanco e inodoro (características mostradas en la Tabla 1). Inicialmente se determinó el punto de fusión empleando un fusiómetro con el fin de determinar la pureza de la muestra, encontrándose una temperatura de fusión en el rango amplio presentado en la Tabla 2, por lo que se pensó que la substancia contenía impurezas. El método de purificación utilizado

en este caso fue la recristalización ya que es una técnica sencilla y efectiva para compuestos sólidos, donde la solubilidad de la sustancia varía con la temperatura. Generalmente, la solubilidad se hace mayor cuando la temperatura aumenta y es esta propiedad la que se aprovecha para la recristalización, ya que al preparar una solución en caliente y luego enfriar se precipita el exceso de soluto. Un buen solvente para recristalización debe ser volátil (bajo punto de ebullición), debe disolver completamente a la sustancia a purificar cuando está caliente; por otra parte el sólido a recristalizar debe ser prácticamente insoluble cuando el solvente esté frío y no debe ocurrir interacción química entre el solvente y el sólido a recristalizar.9 Para la substancia desconocida No. 2 se encontró que el solvente apropiado fue agua, pues a temperatura ambiente el sólido permanecía visible, mientras que al calentar la solución, este se disolvía; con lo anterior, se especuló que el compuesto de estudio podría contener grupos polares que formaría puentes de hidrógeno con el agua en caliente. De los resultados de estado, color y olor se puede decir que aparentemente no se trataba de un éster o amina (que en muchos casos en estado sólido son de color blanco), pues la muestra era inodora y por lo regular los tipos de compuestos nombrados si presentan olores característicos.10 Con estos resultados, ya se tuvo una idea a groso modo de que se trataría quizás de un ácido carboxílico, el cual se caracteriza por ser una molécula polar que puede formar puentes de hidrógeno entre sí y con otras moléculas.11 Con esta idea, se procedió a realizar la prueba de la llama, la cual se esperaría que

fuera azul si en realidad se trataba de un ácido, pues el color azul de llama indica presencia de oxígeno en la estructura del compuesto. La prueba consistió en acercar una cerilla de fosforo prendida a una pequeña cantidad de muestra problema sobre un vidrio reloj. La llama observada fue efectivamente de color azul, lo cual satisfice el concepto que se tenía hasta el momento (oxígeno presente en la molécula). La llama que se presentó no fue fuliginosa (no se observó desprendimiento de hollín), indicando así de que la substancia desconocida era un compuesto alifático y no aromático. Con esta prueba también se aumentó las diferentes posibilidades, pues existen diversos compuestos que presentan oxígeno en su estructura, como lo son los alcoholes, aldehídos, cetonas, un éter o un nitrocompuesto; el siguiente paso a seguir fue determinar la existencia de N en la muestra empleando el análisis elemental, el cual también permite identificar la presencia de halógenos, pues de ser así derrocaría el planteamiento ya mencionado.

El estudio del examen preliminar fue de gran utilidad para continuar con el protocolo a seguir en el análisis sistemático, pues permitió reducir varias posibilidades que se tienen en la amplia gama de compuestos orgánicos que existen.

Por otra parte, en cuanto a las constantes físicas, sólo se determinó el punto de fusión del sólido puro, ya que con esta propiedad es suficiente para continuar con el análisis de la muestra, sin tener las complicaciones de realizar otras determinaciones más complejas. En la Tabla 2 se logra ver el rango del punto

de fusión de la muestra desconocida encontrado con ayuda de un fusiómetro, el cual fue de 188.9 – 191.3 ºC e indica que el proceso de purificación fue efectivo, pues el rango de temperatura con respecto al impuro, es relativamente más pequeño. Lo importante de realizar esta determinación, es que es criterio indispensable en el momento de encontrar los posibles compuestos, luego de llevar una idea más clara al realizar las pruebas que se describen a continuación. Análisis elemental El análisis elemental cualitativo es uno de los procedimientos más importantes para la determinación de una substancia desconocida. Tomando la prueba de fusión con sodio es posible determinar la presencia de elementos como: azufre, nitrógeno, halógenos y fósforos, debido a que en esta prueba se forman los correspondientes iones de cada elemento, para posteriormente formar sus sales, por lo que es necesario realizar una solución acuosa donde estén presentes todos los iones, y al realizar las pruebas y procedimientos pertinentes, se logran identificar dichos elementos.12 El procedimiento experimental de la fusión con sodio se realizó con mucho cuidado, debido a que se trata con un compuesto muy reactivo y peligroso como lo es el sodio, que reacciona violentamente con sustancias comunes como el agua y el mismo aire. Como el procedimiento de la fusión alcalina requiere posterior adición de agua, se hace necesario llevar a cabo el proceso de desactivación del sodio con etanol, como prevención de posibles violentas. La reacción química implicada es la siguiente:

𝐶2 𝐻5 𝑂𝐻 + 𝑁𝑎(𝑆) → 𝐶2 𝐻5 𝑂− 𝑁𝑎+ + 1⁄2 𝐻2

Hecho lo anterior, se preparó una solución con el residuo de la fusión con sodio, obteniendo de ella un filtrado a partir del cual se realizaron las pruebas para Nitrógeno y para Halógenos. Una vez se hizo la adición de sulfato de amonio ferroso sólido y una cantidad suficiente acido sulfúrico, no se observó la formación de un precipitado azul verdoso correspondiente al azul de Prusia, lo que indicó que no había presencia de nitrógeno, llevando así a los resultados esperados. Seguidamente se aciduló con ácido nítrico otra porción del filtrado obtenido de la fusión alcalina y a esta se adicionó nitrato de plata, lo cual sigue la reacción: 𝐴𝑔+ + 𝑋 − → 𝐴𝑔𝑋 ↓ Esta reacción es un medio para detectar la presencia de halógeno en la substancia desconocida; sin embargo, esta reacción no mostró ningún resultado positivo, es decir, no se observó la presencia de ningún precipitado, blanco, amarillo débil y amarillo brillante para los elementos cloro, bromo y yodo respectivamente. Los resultados anteriormente descritos, se pueden apreciar en la Tabla 3. De esta manera, se descartó definitivamente la posibilidad de que la substancia desconocida correspondiera a una amina, una amida, un nitrocompuesto o un nitrilo, por lo que se seguía pensando en la posibilidad de que la muestra de estudio se trataba de un ácido carboxílico o en menor medida, de un alcohol, o un aldehído o cetona, o un éter.

Pruebas de solubilidad Esta prueba se basó en observaciones visuales semicuantitativas, burdas, el patrón utilizado esta dictado por limitaciones inherentes al método empleado, dado que en esta prueba se manejaron medidas arbitrarias (muy poca cantidad de disolvente), por ejemplo, para la solubilidad en agua, se hace necesario utilizar cuando menos la relación 3 g por 100 mL de disolvente, lo cual no se realizó en la práctica. 13 Experimentalmente, se tomaron 2 vidrios de reloj y se les adicionó algunas gotas de disolvente, en el primero agua y en el segundo NaOH 5%; a cada uno de ellos se les agregó una pequeña cantidad de la substancia desconocida, observando que en agua no se presentó solubilidad, pero en NaOH sí, por lo que se continuó con la secuencia del diagrama presentado en el anexo 2. Al agregar otra pequeña cantidad de muestra desconocida a unos cuantos mililitros de NaHCO3 5%, también se observó solubilidad del compuesto, lo cual condujo a clasificarlo en la clase A1, que corresponde a ácidos orgánicos fuertes: ácidos carboxílicos con más de seis átomos de carbono; fenoles con grupos electroatrayentes fuertes en la posición orto y para; β-dicetonas (1,3dicetonas). Los anteriores resultados pueden apreciarse en la tabla 4. Con base en los resultados del examen preliminar y del análisis elemental, fue posible descartar del grupo A1 a los fenoles, ya que son compuesto aromáticos, y como se analizó anteriormente la substancia desconocida es alifática según el resultado de la prueba de la llama; de aquí que el resultado final de la

prueba de solubilidad fue que el compuesto corresponde a un ácido carboxílico o a una dicetona, lo cual sostiene la idea planteada desde el inicio del análisis sistemático. En esta prueba vale adelantarse con el resultado encontrado finalmente para explicar la presunta insolubilidad del compuesto con el agua, pues al tratarse de un ácido carboxílico (carácter polar), se esperaría que la substancia tuviera una mejor capacidad para disolverse en agua debido a la formación de los puentes de hidrógeno intermoleculares, lo cual no sucedió experimentalmente ya que el ácido estudiado fue el ácido succínico y este presenta baja polaridad según su estructura (ver Figura 1). Sin embargo, en la recristalización se observó que la muestra se disolvió en caliente, lo que se explica porque al calentar el compuesto se incrementa la energía cinética de las partículas favoreciendo la solubilidad, pues de manera implícita, se disminuye la energía de activación.14

Figura 1. Estructura del ácido succínico.15

Pruebas de clasificación preliminar Culminadas las etapas I. II. Y III. del esquema general del análisis sistemático (ver anexo 1), se tienen evidencias lo suficientemente fundamentadas para llevar a cabo la clasificación de la substancia desconocida en un grupo de compuestos más afines a las

propiedades que presenta. Hasta este momento se tiene claro que es un sólido con un rango de punto de fusión de 188.9 - 191.3 °C, alifático, con oxígeno y sin nitrógeno ni halógenos. A partir de ello, se tiene que el compuesto pertenece a esta subdivisión: Compuestos que contienen carbono, hidrógeno y oxígeno (nitrógeno y halógeno ausente): ácidos carboxílicos, fenoles, aldehídos, cetonas, alcoholes. Lo anterior constituye una idea muy razonable dado que a partir de esto uno planifica las reacciones a realizar para llegar al compuesto desconocido con la mejor exactitud, el menor número de ensayos y en el menor tiempo posible. En concordancia con lo anterior, las pruebas químicas para la determinación de grupos funcionales, inicio con la prueba de la 2,4dinitrofenilhidrazina, la cual transcurrió sin ningún cambio aparente, es decir, en la práctica no se observó la formación de un precipitado amarillo o rojo, lo cual fue la indicación para dar un resultado negativo a la prueba y por ende sirvió para saber de que la sustancia desconocida no correspondía ni a una cetona ni a un aldehído, basados en la reacción:

El resultado anterior es acorde al comportamiento de solubilidad que presentó la muestra desconocida, dado que al ser

soluble en NaOH, se descarta la posibilidad de que se trate de un aldehído o una cetona. Cabe aclarar que aunque no era necesario realizar esta prueba, se tomó la decisión de hacerla dado que así se estaba confirmando la solubilidad del compuesto en solución básica, lo que permitía a su vez argumentar con seguridad de que no se trataba de ningún compuesto derivado de un ácido carboxílico. Continuando con la metodología propuesta, la siguiente prueba química realizada fue la del cloruro de acetilo, la cual no fue exotérmica y tampoco presento liberación de humos de acido clorhídrico, concluyendo de esta forma que el compuesto desconocido no correspondía a un alcohol de cadena hidrocarbonada lineal, teniendo como base la siguiente reacción química:

Cabe mencionar que esta prueba sirvió igualmente como medio para confirmar el comportamiento de solubilidad obtenido, dado que alcoholes del tipo mencionado arriba son solubles en agua a temperatura ambiente, contrario al resultado experimental obtenido. Haciendo una revisión en conjunto de las evidencias obtenidas hasta este punto del análisis sistemático, fue posible realizar una clasificación bien estrecha en la amplia variedad de compuestos orgánicos existentes, concluyendo que la muestra se trataba de un fenol o de un acido carboxílico cualquiera sea su clase, es decir, diprótico, triprótico, etc. Con lo anterior en mente, se llevo a cabo la prueba del cloruro férrico para confirmar o descartar la presencia de un fenol, ya que la mayoría de esta familia de compuestos da

disoluciones vivamente coloreadas (azul, verde, violeta, etc.), debidas a la formación del ion complejo Fe(ArOH)63+. Experimentalmente la reacción no tuvo lugar, aun cuando se llevo a cabo con extrema precisión, debido a que se encuentra que ciertos ácidos dan disoluciones o precipitados de color amarillento, siendo este un falsopositivo en el cual no se debe incurrir.16 Con la prueba anterior, culminó entonces la determinación de los grupos funcionales presentes en el compuesto, encontrando que este correspondía a un acido carboxílico fuerte de alto peso molecular. Con el propósito de obtener un resultado totalmente confiable, se llevo a cabo el ensayo de yoduro-yodato, el cual se basa en una reacción que en medio débilmente ácido, ocurre rápidamente liberando yodo el cual se detecta fácilmente por el color azul que forma con el almidón, siendo lo anterior el patrón observado experimentalmente. Lo que se menciona, se encuentra regido por la siguiente reacción:

Dado que esta prueba es muy sensible y normalmente también es positiva para algunos fenoles ácidos, como complemento se efectuó un ensayo con bicarbonato de sodio, el cual es una base débil que reacciona con ácidos relativamente fuertes, con desprendimiento de un gas (CO2), el cual fue perfectamente observable. El fundamento de esta prueba es distinguir los ácidos relativamente fuertes de los ácidos más débiles y por tanto descartar definitivamente los fenoles.

Este resultado se hubiera podido inferir sin realizar las pruebas para grupos funcionales, dado que el comportamiento de solubilidad como se ha venido mencionando fue bastante acertado. Teóricamente se tiene que, la diferencia entre fenoles y ácidos carboxílicos es la reactividad frente al NaOH y al NaHCO3. Si un compuesto insoluble en agua se disuelve en disolución de NaOH, pero no disolución de NaCHO3, es probable que sea un fenol. Por otra parte, si el compuesto se disuelve en ambas disoluciones (la de NaOH y la de NaHCO3), es probable que sea un ácido carboxílico. Lo anterior constituye el perfil de comportamiento obtenido en la práctica, encontrando de hecho que el compuesto era específicamente un grupo acilo sustituido con un sustituyente –OH. Opcionalmente, se hicieron dos pruebas simples, es decir, se utilizaron los reactivos KMnO4 y agua de bromo para conocer si el compuesto de interés tenía o no insaturaciones, y dado que no hubo cambio de coloración, es decir, en ninguna de las dos reacciones se perdió el color del bromo, confirmando así que el compuesto posee enlaces simples en su cadena hidrocarbonada.

Preparación de derivados Una vez realizadas las pruebas de clasificación se propusieron los compuestos que se muestran en la tabla 6 como la substancia desconocida, ya que se

encuentran dentro del rango de punto de fusión (±5°C) y pertenecen a un ácido carboxílico sólido de color blanco, propiedades que exhibía la muestra desconocida una vez se purificó. Pronosticados estos tres posibles compuestos, se hace necesario proceder a la determinación del equivalente de neutralización (índice analítico de los ácidos carboxílicos) y/o a la preparación de un derivado con el fin de diferenciar el compuesto de partida. En la práctica, la preparación de derivados resultó un fracaso, ya que se intentó preparar una anilida (por el método directo) y una p-toluidina (usando cloruro de acilo), de las cuales no se obtuvo producto después de llevar a cabo el procedimiento sugerido por el texto guía; los errores podrían atribuirse a la metodología empleada, pero más que eso, se cree que se debieron a las impurezas de los reactivos, pues realizándoles un examen físico, se observó que la anilina (para preparar la anilida) se encontraba bastante oscura, causa atribuida a la oxidación lenta del compuesto puro por el oxígeno del aire;17 la p-toluidina que es sólida, se notó muy amorfa y de color oscuro debido a la exposición del aire y la luz, de haber estado pura, se hubiese visto en forma de copos incoloros.18 En el caso de la preparación de la p-toluidina, la síntesis se realizó en poca cantidad de tolueno seco, que muy seguramente no se encontraba seco, pues al parecer, permanecía en el recipiente que lo contenía desde hace un buen tiempo. En este mismo procedimiento se notó que al realizar el primer lavado con HCl en el embudo de separación, el sólido que se había generado tras la reacción del cloruro de acilo con la p-toluidina, se solubilizó

completamente, por lo que luego no se obtuvo el sólido esperado.

Dado que ya se había inspeccionado que el compuesto desconocido correspondía a un acido carboxílico, se optó por llevar a cabo el procedimiento para encontrar el equivalente de neutralización el cual tuvo un valor de 59.62 g/mol y condujo inmediatamente a un peso molecular aproximado del compuesto el cual fue de 119.24 g/mol, conociendo de antemano que la substancia desconocida tenía en su estructura dos grupos ácidos. Cabe mencionar, que aunque el resultado presenta discrepancia respecto al teórico, que es de 118.09 g/mol, la preparación del derivado fue sin embargo satisfactoria, dado que los procedimientos de titulación, llevan implícitos cierto grado de error, entre ellos se cree que el mayormente implicado en la práctica, fue el hecho de no haber secado el Ftalato en un horno a las condiciones especificas que se plantean para las reacciones de estandarización (105ºC por 30 minutos, dejándolo luego enfriar en un desecador). Dicho procedimiento es clave para el análisis de ácidos carboxílicos, ya que con solo tener el peso molecular y las constantes físicas, se investiga en las tablas correspondientes a cual compuesto pertenece la información y pues este muy seguramente corresponde al compuesto de interés. Lo anterior mencionado fue la metodología empleada en la práctica, lo que nos condujo a la identidad del compuesto, es decir, el ácido succínico. Finalmente, la muestra desconocida No. 2 fue caracterizada mediante espectroscopia IR

aprovechando su estado sólido, pues al no obtenerse derivado alguno, se quiso corroborar la presencia de los enlaces presentes en la estructura del ácido succínico. La muestra se analizó empleando el equipo IR de la Universidad del Valle. La tabla 8, muestra las bandas correspondientes a las vibraciones de los enlaces presentes en la molécula según el espectro 1 del anexo 2. Lo que se observa de inmediato en el espectro es la banda ancha e intensa ubicada entre 2500 - 3300 cm-1 correspondiente a la vibración de tensión del O-H característica de ácidos carboxílicos, la cual es tan ancha que se superpone con la señal de tensión del CH.19 La otra banda importante que se nota a simple vista, es la correspondiente a la vibración de tensión del C=O a 1713.19 cm-1. Como se puede notar, no se presentan sobretonos en la región entre 1667-2000 cm-1, por lo que se puede decir con seguridad de que se trata de un compuesto alifático saturado, pues tampoco se logra apreciar la banda cerca a 1650 cm-1 que es característica de la vibración de tensión del C=C.20 Volviendo al ácido como tal, se observan otras bandas muy características de los ácidos como lo son la deformación del C-O-H en el plano que en este caso se nota a 1423.3 cm-1; también se encuentra la deformación del enlace O-H en el plano y fuera del plano a 1310.69 y 915.27 cm-1 respectivamente, esta última es característica de los ácidos carboxílicos diméricos, por lo que se creería que estructuralmente el ácido esta en forma de dímero (ver figura 2).21 La última banda característica de los ácidos que se puede ver en el espectro 1, es la banda de vibración del enlace C-O, ubicada a 1200.74 cm-1 y es característica de un R-OH terciario saturado,22

lo cual es acorde a la estructura del ácido succínico.

Figura 2. Estructura de un ácido dimérico.14 Las señales producto de las vibraciones por deformación del C-H se representan en las bandas medias entre 545.88 – 638.47 cm-1. Por otra parte, se logró detectar la señal más importante para identificar el número de metilenos presentes en el compuesto (los cuales solo son dos), y es la correspondiente a la vibración de deformación de balanceo del CH2 (τCH2) que en el espectro se observó a 803.39 cm-1, y por encontrarse a una frecuencia mayor a 726 cm-1, se comprobó que el número de metilenos es menor que 4.23 Al comparar el espectro 1 (experimental) con el espectro 2 (teórico) se observa una gran similitud entre las bandas características de este compuesto; la tabla 9 muestra las frecuencias correspondientes a dichas bandas teóricas, que se encuentran muy cercanas a las experimentales de la Tabla 8, todas las vibraciones concuerdan entre sí. Con este análisis se comprueba que la substancia desconocida si correspondía realmente al ácido succínico, el cual se encuentra dentro de los compuestos posibles planteados en la Tabla 6.

posiblemente ácido succínico, ácido Dcamfórico o ácido oxálico.

CONCLUSIONES 

El análisis sistemático es utilizado generalmente para la identificación de compuestos orgánicos; siguiendo su esquema general, se reconoció a la substancia desconocida No.2 como el ácido succínico.



Empleando la prueba de la llama se determinó que la substancia desconocida correspondía a un compuesto alifático con oxígeno en su estructura, ya que se observó una llama azul sin desprendimiento de hollín. El análisis cualitativo elemental por el método de fusión alcalina se basa en la conversión de los elementos N, S, F, Cl, Br, y I en sales sódicas orgánicas. Con esta prueba fue posible descartar la presencia de nitrógeno y halógenos en la muestra desconocida.









Para la substancia desconocida de estudio, se encontró que era soluble en NaOH pero no en NaHCO3, lo que llevó a clasificarla en la clase A1; descartando varias opciones y considerando resultados de otras pruebas, se encontró que la substancia correspondía a un ácido dicarboxílico. Mediante la prueba de yoduro-yodato y la prueba con carbonato de sodio se evidenció la presencia de un ácido carboxílico de cadena alifática corta, mientras las pruebas de agua de bromo y KMnO4 resultaron negativas, comprobando así que la substancia no presentaba insaturaciones en su estructura. La comparación de las constantes físicas determinadas experimentalmente con valores reportados en la literatura, llevó a pensar que la substancia desconocida era



Mediante el equivalente de neutralización fue posible establecer cuál de los tres posibles compuestos correspondía a la substancia desconocida. En esta determinación se encontró un valor del peso molecular de 119.24 g/mol, el cual se aproxima efectivamente al ácido succínico.



A través de la espectroscopia IR se logró identificar las vibraciones de enlace correspondientes al ácido succínico, observando las bandas características de los enlaces O-H, C-OH, C=O, C-H y C-O corroborados con un espectro teórico.

REFERENCIAS

1. Universidad del Valle, Programa Académico de Tecnología Química. Análisis_Orgánico._http://www.univall e.edu.co/~protequi/index.php?page=c ursos/aorganico Revisado: 5 de Mayo de 2010 2. ANONIMO. Diferencias entre compuestos orgánicos y compuestos inorgánicos._http://www.monografias. com/trabajos44/compuestos_organico s/compuestos-organicos2.shtml. Revisado: 5 de Mayo de 2010 3. LINSTROMBERG, W. Curso breve de química orgánica. Barcelona: Editorial Reverte, 1979. 268 p. 4. SHRINER, R. L. The Systematic Identification of Organic Compounds. 8 ed. United States of America: John Wiley & Sons, 2004. 608 p.

5. Chemicalland._Succinic_acid._http://c hemicalland21.com/industrialchem/or ganic/SUCCINIC%20ACID.htm Revisado: 25 de Abril de 2010 6. Sigma_Aldrich._1,3_Camphoric_acid. http://www.sigmaaldrich.com/catalog/ ProductDetail.do?N4=C409|ALDRICH &N5=SEARCH_CONCAT_PNO|BRA ND_KEY&F=SPEC Revisado: 25 de Abril de 2010 7. Chemicalland._Oxalic_acid._http://ch emicalland21.com/industrialchem/org anic/oxalic%20acid.htm Revisado: 25 de Abril de 2010 8. AIST, SDBS Information. Succinic Acid._http://riodb01.ibase.aist.go.jp/sd bs/cgi_bin/direct_frame_top.cgi Revisado: 11 de Mayo de 2010 9. UDEA, Docencia. Práctica 8: Recristalización y Destilación. http://docencia.udea.edu.co/cen/tecni caslabquimico/02practicas/practica08. htm Revisado: 9 de Mayo de 2010 10. Anónimo. Olores y sabores químicos. http://www.gobiernodecanarias.org/20 %20Olores%20y%20sabores%20qui micos.doc Revisado: 9 de Mayo de 2010 11. Anónimo. Ácidos Carboxílicos: Propiedades físicas. http://132.248.103.112/organica/qo1/o k/acidos/acido3.htm Revisado: 10 de Mayo de 2010 12. PASTO, D. J. Determinación de Estructuras Orgánicas. España: Editorial Reverte. 1981. 360-365 pp.

13. SHRINER, R. OpCit. 81p. 14. Fundación Educativa Héctor A. García. Propiedades de los ácidos carboxílicos y sus derivados. http://www.salonhogar.net/quimica/no menclatura_quimica/Propiedades_aci dos_carboxilicos.htm Revisado: 10 de Mayo de 2010 15. Wikimedia Commons. Ácido Succínico._http://commons.wikimedia. org/wiki/File:%C3%81cido_succ%C3 %ADnico.png Revisado: 10 de Mayo de 2010 16. Quiored. Identificación de grupos funcionales._http://www.ugr.es/~quior ed/doc/p14.pdf Revisado: 12 de Mayo de 2010 17. SHRINER, R. L. Identificación Sistemática de Compuestos Orgánicos. 5 ed. México: Limusa, 1977. 37p. 18. Grupo Porvenir, Consulting. Fichas Internacionales de Seguridad Química:_p_toluidina._http://www.gru poprevenir.es/fichas-seguridadsustancias-quimicas/0343.htm Revisado: 11 de Mayo de 2010 19. ZULUAGA, F. e INSUASTY, B. Análisis Orgánico Clásico y Espectral. Colombia: Universidad del Valle, 1999. 133p. 20. Ibíd., 110p. 21. Ibíd., 135p. 22. Ibíd., 121p. 23. Ibíd., 107p.

ANEXOS

ANEXO 1. ESQUEMA GENERAL DEL ANÁLISIS SISTEMÁTICO 24

I. II. III. IV. V. VI. VII.

EXÁMEN PRELIMINAR DETERMINACIÓN DE LOS ELEMENTOS PRESENTES DETERMINACIÓN DEL COMPORTAMIENTO DE SOLUBILIDAD DETERMINACIÓN DE GRUPOS FUNCIONALES PRESENTACIÓN DEL INFORME PRELIMINAR PREPARACIÓN DEL DERIVADO SÓLIDO DEL COMPUESTO PRESENTACIÓN DEL INFORME FINAL

ANEXO 2. Clasificación de compuestos orgánicos por solubilidad 25

A1. Ácidos Orgánicos Fuertes: Ácidos carboxílicos con más de seis átomos de carbono; fenoles con grupos electroatrayentes fuertes en la posición orto y para; β-dicetonas (1,3-dicetonas)

Espectro 2. Ácido succínico teórico 8