• Author / Uploaded
• elmer

• Categories
• Jabón
• Ester
• Aspirina
• Cetona
• Ácido carboxílico

Citation preview

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE CIENCIAS ESCUELA PROFESIONAL DE QUÍMICA

GUÍA DE PRÁCTICAS DE QUÍMICA ORGÁNICA II CQ 342 PERIODO ACADÉMICO 2018-I

ELENA A. CÓNDOR CUYUBAMBA

Guía de Práctica de Química Orgánica II

2

CONTENIDO Pág I. Aldehídos y cetonas Reacción de adición o condensación aldólica Síntesis del Dibenzilideneacetona Reacción de Cannizzaro Síntesis del Acido Benzoico y Alcohol Bencilico

03 04 04 04 05

II. Acidos carboxílicos Reacción con alcoholes: Esterificación Síntesis de salicilato de metilo, aceite de gaulteria

06 06 07

III. Esteres Hidrólisis Básica. Saponificación Preparación de Jabones

08 08 09

V. Compuestos Aromáticos Introducción Reacciones de Sustitución aromática electrofílica Síntesis de la p-bromoacetanilida Reactividad y orientación en las reacciones de sustitución aromática electrofílica

10 10 10 11

VI. Fenoles Introducción Síntesis del ácido acetil salicílico “Aspirina”

14 15

VII.Aminas Introducción Hidrólisis de la p-nitroacetanilida

16 16

VIII. Referencia Bibliográfica

17

Guía de Práctica de Química Orgánica II

3

I. ALDEHIDOS Y CETONAS A. Introducción (10) Entre los compuestos orgánicos que presentan olores fuertes y variados, destacan aquellos que poseen un enlace doble entre carbono y oxígeno, es decir, un grupo carbonílico. Dentro de los grupos que presentan en su estructura el grupo carbonílico tenemos a los aldehídos, cuyo átomo de carbono está enlazado, al menos, a un átomo de hidrógeno; y las cetonas, en las cuales el grupo carbonílico está enlazado a dos átomos de carbono. -

-

O R

C

O +

R

R`

Cetona

C

+

H

Aldehido

Estos compuestos se encuentran distribuidos ampliamente en la naturaleza, son en parte responsables de los sabores y aromas de muchos alimentos y participan en la actividad biológica de diversas enzimas. Estos compuestos al poseer un grupo carbonílico en su estructura presenta tres centros sobre los cuales tiene lugar la mayoría de las reacciones: el oxígeno, el átomo de carbono carbonílico y el átomo de carbono adyacente. -

O C

C H

R`

+

ataque de electrófilos

ataque de nucleófilo

ácido

centros reactivos de aldehídos y cetonas Dentro de las reacciones que experimentan los aldehídos y cetonas tenemos las reacciones de adición aldólica y la reacción de Cannizzaro. B. Reacción de adición o condensación aldólica Los aldehídos y cetonas reaccionan en medio básico (catalizador) a bajas temperaturas formando compuestos denominados aldoles. Sin embargo, cuando ésta reacción se lleva a cabo a elevadas temperaturas o temperatura ambiente se deshidratan formando como producto enal.

Guía de Práctica de Química Orgánica II

4

C. Síntesis del Dibenzilideneacetona (3, 11) Procedimiento i

ii

iii iv

v vi

En un Erlenmeyer de 300mL, en el cual se ha colocado una pequeña barra magnética (enfriado exteriormente con un baño de hielo) se disuelve 8,3g de hidróxido de sodio en 33mL de agua y 66,6mL de etanol. Al Erlenmeyer, se adiciona con agitación constante, la mitad de una mezcla previamente preparada de 8,5mL de benzaldehído (8,8g, 0,08mol) y 3,1 mL de acetona (2,4g, 0,04mol) dispuesta en un embudo de decantación. Durante la adición de la mezcla, la temperatura se mantiene entre 20 – 25ºC. Luego de 2 a 3 minutos se adiciona el resto de la mezcla benzaldehído – acetona, y se continúa la agitación durante 30 minutos más. Se filtra la mezcla de reacción a través de un embudo Büchner con ayuda de una bomba de vacío, lavando el producto varias veces con pequeñas porciones de agua helada, para eliminar los restos de álcali. Se seca el sólido, a temperatura ambiente, sobre papel de filtro hasta peso constante. Punto de fusión 105 – 107ºC. Se recristaliza el producto con acetato de etilo (2,5 mL por gramo) o etanol caliente. Punto de fusión del compuesto recristalizado 112ºC.

Nota 1.

Las soluciones del hidróxido de potasio son cáusticas y pueden afectar los tejidos de la piel, por lo que debe manipular tales sustancias cuidadosamente. En caso de hacer contacto con la piel, se debe lavar la zona afectada con abundante agua.

D. Reacción de Cannizzaro (3) Otra de las reacciones características de este tipo de compuestos es la reacción de Cannizzaro, nombre que se puso a estas reacciones en honor a su descubridor. Suele llamarse también a este tipo de reacción como una dismutación. En esta reacción los aldehídos aromáticos (u otros aldehídos que no presentan hidrógeno α) bajo la influencia de una elevada concentración de base, logra simultáneamente dar como producto de una oxidación y reducción, el alcohol y su correspondiente ion carboxilato. E. Síntesis del Acido Benzoico y Alcohol Bencilico (3,11) i

ii iii

En un frasco Erlenmeyer de 50mL en el cual se ha colocado una pequeña barra magnética (enfriado exteriormente con un baño de hielo) se disuelve 10 g de hidróxido de potasio (0,18 mol) en 10 mL de agua (Nota 1). En seguida se dispone el agitador magnético debajo del frasco Erlenmeyer, y se regula la agitación de manera de evitar salpicaduras. Cuando la solución sea homogénea y esté a la temperatura ambiente, se vierte ésta al balón de destilación de 100mL (Nota 2).

Guía de Práctica de Química Orgánica II

iv

v vi

vii

viii

ix

x

5

Luego, se adiciona 10mL de benzaldehído (0,1 mol) y se adapta al balón un refrigerante de reflujo, y la solución se calienta a ebullición durante 1h30` con agitación continua. Se retira el sistema de calentamiento y se adiciona a la mezcla de reacción de 10 a 20 mL de agua hasta obtener una solución homogénea. Se enfría la mezcla de reacción y se extrae con cuatro porciones de 30mL de cloroformo. Tener cuidado de conservar la fase acuosa (contiene benzoato de potasio). Se seca la solución orgánica con sulfato de sodio anhidro, se filtra y se destila el n-hexano mediante destilación simple. El aceite restante que queda constituye el alcohol bencílico. Se enfría la fase acuosa en un baño de hielo y se acidifica con ácido clorhídrico concentrado (12N). La reacción es exotérmica. Se controla el pH con papel indicador hasta pH 6; un sólido blanquecino empieza a aparecer, y se deja que repose unos minutos. Se filtra el producto a través de un embudo de vidrio fritado con la ayuda de una bomba de vacío, lavando finalmente los cristales con agua helada. El ácido benzoico se obtienen como cristales blancos, los cuales se secan a la estufa a 50-60ºC ( Punto de fusión 122ºC). El producto se puede recristalizar con agua. Se determina experimentalmente el punto de fusión y el peso.

Notas 1.

2.

Las soluciones del hidróxido de potasio son cáusticas y pueden afectar los tejidos de la piel, por lo que debe manipular tales sustancias cuidadosamente. En caso de hacer contacto con la piel, se debe lavar la zona afectada con abundante agua. Las soluciones cáusticas pueden dañar los equipos de vidrio, por lo que se debe evitar que tales sustancias entren en contacto con uniones de vidrio esmeriladas, por lo que se debe utilizar un embudo de vástago largo pera transferir la solución cáustica al balón.

Guía de Práctica de Química Orgánica II

6

II. ACIDOS CARBOXÍLICOS A. Introducción (12) Los ácidos carboxílicos son compuestos que se encuentran abundantemente en la naturaleza. Por ejemplo, las espinacas y otras verduras de hojas verdes son ricas en ácido oxálico. El ácido cítrico que se encuentran en concentraciones elevadas en los limones, menor en las toronjas y todavía menor en las naranjas. Estos compuestos al poseer un grupo carbonílico y un grupo hidroxilo en su estructura presenta tres centros sobre los cuales tiene lugar la mayoría de las reacciones: el oxígeno, el átomo de carbono carbonílico y el átomo de hidrógeno del grupo hidroxilo.

Dentro de las reacciones que experimentan los ácidos carboxílicos tenemos la reacción de esterificación, en la cual reacciona el ácido carboxílico con alcohol para dar como producto a los ésteres.

B. Reacción con alcoholes: Esterificación La reacción de esterificación es una reacción nucleofílica en el acilo, catalizada por medios ácidos. Los ácidos carboxílicos no son lo suficientemente reactivos para que sean atacados por alcoholes, pero su reactividad puede ser incrementada en presencia de ácidos como el clorhídrico o el sulfúrico. El ácido mineral protona al átomo de oxígeno del grupo carbonílico, de tal manera que se genera una carga positiva en el ácido carboxílico y lo vuelve mucho más reactivo.

Guía de Práctica de Química Orgánica II

7

C. Síntesis de salicilato de metilo, aceite de gaulteria (8,11) i

ii iii

iv v

vi

vii

Se colocan 5,5 de ácido salicílico en un balón de 100 mL (Nota 1), y luego se adicionan 12 mL de metanol anhidro. Enseguida se añade 1,4 mL de ácido sulfúrico concentrado H2SO4 36N con agitación frecuente (Nota 2). Se adapta al balón un refrigerante y la solución se calienta a ebullición durante dos horas. Luego se vierte la mezcla reaccional en un vaso de 150 mL y se enfria en un baño de hielo hasta que la mezcla reaccional esté a temperatura inferior a la del ambiente. Lentamente se añade con agitación frecuente pequeñas porciones de carbonato de sodio Na2CO3(ac) al 20%, hasta que la solución sea básica (Nota 3). Vierta la solución básica en una pera de decantación de 125 mL y realice la extracción del producto con una porción de 10 mL de n-hexano. Se deja separar las fases durante unos 5 minutos, luego se separa de la fase acuosa y se guarda en un vaso de 150 mL. Esta fase contiene el exceso de ácido salicílico, en forma de sal sódica, que no llegó a reaccionar (Nota 4). Se seca la solución orgánica que contiene el producto con sulfato de magnesio anhidro MgSO4, se filtra y se evapora el n-hexano en un baño de vapor en una campana. Se coloca el producto salicilato de metilo (aceite de Gaulteria) en un frasco tarado y etiquetado y se determina el peso obtenido.

Notas 1. El balón debe estar seco. Tener cuidado que no entre agua en el balón en ningún momento o se reducirá el rendimiento del producto. 2. Se añade siempre ácido sulfúrico concentrado H2SO4 36N al líquido y no viceversa. 3. Tener cuidado de agregar lentamente la solución de carbonato de sodio,Na2CO3, pues la reacción de neutralización produce liberación de CO2 gaseoso, y puede haber salpicaduras de solución al exterior del recipiente. 4. Determinación de la cantidad del ácido salicílico no reaccionado: A la solución básica que contiene salicilato sódico se añade lentamente ácido clorhídrico 6N, con agitación frecuente hasta que se forme un precipitado espeso blanco. Se filtra el ácido salicílico impuro de la solución ácida a través de un embudo Büchner con ayuda de una bomba de vacío y se lo recristaliza en la mínima cantidad de agua caliente (20 – 25 mL). El ácido salicílico recristalizado se seca en la estufa a 100ºC y se determina el peso.

Guía de Práctica de Química Orgánica II

8

III. ESTERES A. Introducción (13) Los ésteres figuran entre los compuestos naturales más diseminados. Muchos ésteres sencillos son líquidos de olor agradable que son los responsables de los olores aromáticos de los frutos y las flores. Por ejemplo, el butanoato de metilo se encuentra en el aceite de piña y el acetato de isopropilo es un constituyente del aceite de plátano. El enlace éster también se halla en las grasa animales y en muchas moléculas con importancia biológica. Los éster pueden obtenerse a través de una reacción SN 2 de un ion carboxilato con un halogenuro de alquilo primario o por la esterificación de Fisher de un ácido carboxílico con un alcohol en presencia de un ácido mineral como catalizador. Entre las reacciones de los ésteres podemos mencionar la hidrólisis de los ésteres en solución básica llamada también saponificación, mediante la cual se logra obtener los jabones. B. Hidrólisis Básica. Saponificación La grasa o aceite de un animal es una mezcla de ésteres (triglicéridos) que presenta una fórmula general: ROOCCH2 – CH (OOCR`) – CH2OOR``. Mediante la hidrólisis alcalina (“saponificación”) de triglicéridos (éster) se produce el glicerol y una mezcla de sales de ácido carboxílicos, conocido también como “jabón”, tal como se muestra en la siguiente reacción: O

O

CH2OCR O

CH2OH

RCO- Na+ O

CHOH

R`CO- Na+ O

CH2OH (l)

R´´CO- Na+ (s)

H2O/CH3CH2OH

CHOCR` O CH2OCR`` (s) Ester

3NaOH(ac)

Glicerol

Carboxilato de sodio (jabón)

Estas sales de carboxilato de sodio (jabón) son casi completamente miscibles en agua. Sin embargo, no se disuelve como podríamos esperarlo. Excepto en disoluciones muy diluidas en la cual el jabón se encuentra como micelas, que son aglomeraciones de iones carboxilatos dispersas en la fase líquida. Gracias a la presencia de los jabones como micelas se explica la solubilidad del jabón en el agua. Es decir, los iones carboxilato están empacados junto con sus grupos carboxilatos de carga negativa (polares) en la superficie y con sus cadenas hidrocarbonadas no polares hacia el interior. Los iones sodio están dispersos en toda la fase acuosa como iones solvatados individuales. Las cadenas alquílicas no polares (hidrofílicas) del jabón permanecen en un medio no polar (en el interior de la micela). Los grupos carboxilatos polares están expuestos a un medio polar. Como la superficie de la micela tiene carga negativa, las micelas individuales se repelen entre sí y permanecen dispersan en la fase líquida. (Fig. 1)

Guía de Práctica de Química Orgánica II

9

O C

Na+

OO

C O

Na+

OC

Na+

O-

fase acuosa

O

micela interior

O

C O C O

- Na+

C

O

O-

Na+

Na+

Fig. 1: Formación de micelas del jabón en disolución acuosa

C. Preparación de Jabones (8,11) i Se coloca 10g de grasa, previamente fundidad, (Nota1) en un vaso de 250 mL y se disuelve 5g de hidróxido de sodio NaOH en 40 mL de solución etanol-agua al 50% v/v (Nota 2). ii Luego se vierte la solución alcohólica básica a la grasa, y se calienta la mezcla reaccional en un baño de agua durante 20 min. Agitando constantemente. Si se produce mucha espuma se añade 1 ó 2 mL de etanol (Nota 3). iii Terminada la hidrólisis alcalina (“saponificación”) se deja enfriar la mezcla reaccional a temperatura ambiente durante unos 5 min. iv Luego se añade a la mezcla reaccional 150 mL de solución saturada de cloruro de sodio NaCl (“salmuera”), proceso que se denomina “salinación”, la sal de ácido graso (“jabón”) que es soluble en agua, es insoluble en salmuera (debido al efecto del ion común). v Se filtra el jabón a través de un embudo Büchner con ayuda de una bomba de vacío y enseguida se lava dos veces con dos porciones de 25 mL de agua helada. vi Luego se seca en la estufa a 50ºC y finalmente se determina experimentalmente el peso. Notas 1. Las principales grasas y aceites son utilizados como materia prima para la fabricación de jabones y entre ellos está el sebo y los aceites de coco, de almendras, de pino, etc. El sebo se utiliza en la fabricación de jabones en mayor cantidad que cualquier otra grasa, se obtiene derritiendo grasa de ganado vacuno, lanar, caballar, etc. 2. El hidróxido de sodio NaOH y las soluciones de NaOH son cáusticas y pueden destruir los tejidos de la piel mediante reacciones químicas, manejar tales sustancias cuidadosamente y si se hace contacto con la piel lavar la zona afectada con abundante agua. 3. La pequeña cantidad de alcohol que se añade es para disminuir la tensión superficial y aumentar la solubilidad de la grasa facilitando la saponificación (3)

Guía de Práctica de Química Orgánica II

10

IV.COMPUESTOS AROMÁTICOS A. Introducción (13) Michael Faraday aisló por primera vez el benceno, en 1825, a partir del residuo oleoso dejado por el gas de iluminación en las lámparas de las calles de Londres, dando el inicio del estudio de compuestos novedoso en esa época denominados compuestos aromáticos. Al principio el nombre resultó debido a los olores agradables que desprendían estos compuestos, pero posteriormente se dio ese nombre a un grupo de compuestos que presentaban una relación estrecha, hablando estructuralmente, con el benceno. Estos compuestos presentan una reactividad particular con respecto a los otros compuestos orgánicos. B. Reacciones de Sustitución aromática electrofílica A pesar de que el benceno es un compuesto insaturado, es mucho más estable que otros alquenos y no experimenta las reacciones típicas de los alquenos, es decir, reacciones de adición. El benceno tiende a reaccionar a través de reacciones de Sustitución electrofílica. Ejemplo:

Guía de Práctica de Química Orgánica II

C. Síntesis de la p-bromoacetanilida

11

(2,3,6 y 11)

i Disuelva 2g de acetanilida finamente pulverizada en 10ml de ácido acético glacial, colocado en un erlenmeyer de 50ml. ii Sobre esta solución adicione lentamente, y con agitación, para asegurar una completa mezcla, 6 ml de solución de bromo en ácido acético (concentración: 1,34g de bromo/6ml de ácido acético glacial). iii Deje reposar a la mezcla de reacción a la temperatura ambiente durante 20 minutos. iv Luego, vierta la solución naranja-rojiza pálida, que puede contener algunos cristales de p-bromoacetanilida, dentro de un erlenmeyer de 250ml que contiene 120ml de agua fría, de manera de que la p-bromoacetanilida precipite. v Agite la mezcla resultante de manera que los cristales eliminen el ácido acético, y el bromo residual. vi En seguida se filtra con ayuda de una bomba de vacío y se lava bien con agua fría, y se seca a la estufa a 80°C. La p-bromoacetanilida se obtiene como cristales incoloros. vii Realice la recristalización, en metanol, con la mitad del producto, y determine el punto de fusión del producto sin recristalizar y recristalizado (Punto de fusión de referencias:167ºC).

Guía de Práctica de Química Orgánica II

12

D. Reactividad y orientación en las reacciones de sustitución aromática electrofílica Cuando la reacción de sustitución electrofílica se efectúa con el benceno, solamente se puede formar un producto; pero cuando un sustituyente se encuentra en el anillo tiene dos efectos: i.

Efecto de la reactividad del anillo aromático. Algunos sustituyentes activan el anillo, habiéndolo más reactivo que el benceno, y otros los desactivan, haciéndolo menos reactivo. A continuación se muestra la velocidad de reacción relativa para la nitración, con diferentes sustituyentes:

ii.

Efecto de la orientación de la reacción por parte de los sustituyentes. El sustituyente influye en l orientación del nuevo grupo que va ingresar al anillo aromático. Asi tenemos algunos orientadores orto y para:

Guía de Práctica de Química Orgánica II

13

E. Reactividad en las reacciones de Sustitución Aromática Electrofílica (7, 11). Reactivos.- Se utilizará soluciones 0.2M en acetato de etilo, de las siguientes sustancias: tolueno, fenol, ácido acetilsalicilico, ácido benzoico y acetanilida. Se utilizará una solución de bromo 0.05M en ácido acético al 90%. Todas estas soluciones estarán colocadas en frascos con gotero en la campana de extracción. i Coloque 2ml de cada solución de sustancia aromática en tubos de ensayo separados (si alguna solución es coloreada coloque otros 2 ml de esa muestra en otro tubo de manera de utilizarlo como color de comparación). ii Cuidadosamente, agregue 2ml de la solución de bromo a cada uno de los tubos que contienen al tolueno, fenol, ácido acetilsalicílico, ácido benzoico y acetanilida, respectivamente. iii Anote la hora (el tiempo) en que se inició la adición del bromo, agite los tubos y observe la perdida de color de la solución de bromo, la cual le indicará la terminación de la reacción. iv Si la pérdida de color no es inmediata, coloque el tubo, o los tubos, a un costado, y obsérvelos de tiempo en tiempo. v En caso de que una mezcla de reacción adquiera una coloración amarillo pálido, asuma que la reacción ha concluido. F. Orientación. Nitración de la Acetanilida: Síntesis de la p-nitroacetanilida (11) i

En un frasco erlenmeyer de 50ml en el cual se ha colocado una pequeña barra magnética se colocan 5ml de ácido sulfúrico y concentrado, se dispone el agitador magnético debajo del frasco erlenmeyer. ii En seguida se adiciona en pequeñas porciones y con agitación permanente, 2.25g (16.6 milimoles) de acetanilida. iii Luego que se ha adicionado toda la acetanilida, y está se ha disuelto completamente, se pone el frasco erlenmeyer en un baño de hielo. iv Desde una pera de decantación se agrega a la mezcla reaccional una solución de 2ml de ácido nítrico en 2ml de ácido sulfúrico concentrado. Esta mezcla ácida se añade en porciones de unas pocas gotas cada vez agitando suavemente y regulando la adición de tal forma que la temperatura de la mezcla no exceda de 35°C. v Cuando se ha adicionado toda la mezcla ácida se retira el frasco erlenmeyer del baño de hielo y se deja en reposo a la temperatura ambiente durante 5 minutos. vi La mezcla reaccional de acetanilida nitrada se vierte dentro de un vaso de 400 ml que contiene 100ml de agua y 15g de hielo, agitando con una bagueta durante 5 minutos, de manera de lograr una mezcla homogénea. Luego se deja en reposo. vii Cuando el producto ha cristalizado, se filtra la mezcla reaccional a través de un embudo Buchner con ayuda de una bomba de vacío, lavando finalmente el producto con dos porciones de 50ml de agua helada. viii Se presionan los cristales sobre papel de filtro con ayuda de una bagueta de extremo ancho. La p-nitroacetanilida se obtiene impurificada y con coloración ligeramente amarilla, y se seca en la estufa a 50-60°C (Punto de fusión 215216°C). ix Se determina experimentalmente el punto de fusión y el peso. x Se procede ala purificación mediante la recristalización del producto.

Guía de Práctica de Química Orgánica II

Preparación de benzoato de fenilo

Duración : 4 horas 0.48 fenol 7,5 L de NaOH al 10% 1 mL de cloruro de benzoilo 2 Rendimiento: 54 % 3 Se otuvo un cristal blanco punto de fusión 65.

14

Guía de Práctica de Química Orgánica II

15

V. FENOLES A. Introducción (4,5, 9 y 11) Desde la antigüedad y en pueblos diversos se han utilizado los extractos de hojas, corteza y raíces de los árboles de sauce (Salís sp.) para aliviar los dolores, disminuir la fiebre (acción antipirética), y tratar otras afecciones como la gota. Los efectos terapéuticos de los extractos de la corteza de sauce se deben en parte a la actividad del glicosido salicilina, el cual fue aislado de diversas especies de Salís durante el siglo XIX. La salicilina se utiliza actualmente como antirreumático. Luego de ingerirse oralmente los extractos, la salicilina se hidroliza fácilmente a saligenina (alcohol salicílico) el cual se transforma en el organismo mediante oxidación enzimática, en ácido salicílico.

Asimismo, durante el siglo XIX el ácido salicílico pudo obtenerse a partir del aceite wintergreen, extraído de la Gaultheria procumbis, el cual se utilizaba por sus propiedades antirreumáticas. El ácido salicílico, fue sintetizado en 1857. Los usos iniciales de ácido salicílico para aliviar el dolor (neuralgias, ciática, dolores de cabeza) y bajar la fiebre fueron muy favorables, sin embargo, este compuesto producía irritaciones gástricas y náuseas. Por ello, las compañías farmacéuticas dirigieron sus investigaciones para encontrar un derivado de este compuesto que retuviese sus propiedades analgésicas, antipiréticas y antinflamatorias y que no presentase los efectos secundarios indeseables. Así, el ácido acetilsalicílico fue redescubierto en 1899 denominándose “aspirina”. La “aspirina” se hidroliza en el hígado y en otros tejidos al agente activo, el ácido salicílico (4). Las tabletas de “aspirina” se componen de una pequeña cantidad de almidón que sirve para dar cohesión. La “aspirina” tamponada suele contener un producto alcalino para evitar la irritación de la mucosa gástrica que también produce el ácido acetilsalicílico. Los analgésicos combinados contiene “aspirina”, fenacetina y cafeína. La historia de la “aspirina” es análoga a la de muchos medicamentos, los cuales empezaron siendo extractos de plantas, hasta que pudo aislarse el principio activo y se consiguió determinar su estructura, realizando su síntesis en el laboratorio e introduciendo modificaciones en la estructura original para intentar mejorar las propiedades terapéuticas de dicho principio activo (9), y poder registrarlo como patente. Desde inicios del siglo XX y con el desarrollo de la química orgánica, se lograron sintetizar los principios activos (mayoritarios) presentes en las plantas orientándose los estudios farmacológicos y clínicos hacia los compuestos puros y dejándose de lado los extractos de plantas. Hay quienes afirman que los efectos farmacológicos de estos extractos, que contienen una mezcla compleja de compuestos, son en

Guía de Práctica de Química Orgánica II

16

muchos casos superiores a aquellos que se obtienen con los compuestos puros individuales. B. Ecuación Química de la Reacción Los métodos de síntesis en el laboratorio del ácido acetilsalicílico se encuentran publicados en los textos básicos de Química Orgánica Experimental (2,9) en los cuales se proporciona diferentes alternativas de síntesis de cantidades pequeñas (5–20g) de este compuesto a partir de ácido salicílico y de anhídrido acético, utilizando como catalizador ácido fosfórico H3PO4(ac) 85% (2) ó ácido sulfúrico concentrado H2SO4(l) 36N (9). La ecuación química de la reacción realizada en nuestro laboratorio utilizando como catalizador ácido fosfórico H3PO4 (ac) 85% (ver procedimiento experimental) es la siguiente:

C. Síntesis del ácido acetil salicílico “Aspirina” i. Se colocan 3g de ácido salicílico en un balón de reacción de 100mL (ó en frasco Erlenmeyer de 125mL) y luego se adicionan 6 mL de anhídrido acético (Nota 1), agitando hasta que la disolución sea completa. Enseguida se adiciona de 6 a 8 gotas de ácido fosfórico al 85%. ii. La mezcla reaccional se calienta en un baño maría (85-90°C) durante 15 min. iii. Se retira el balón de reacción del baño y, mientras aún está caliente, se adiciona gota a gota, aproximadamente 1mL de agua destilada (Nota 2), agitando después de cada adición. Luego de esta primera adición de agua, se adiciona rápidamente 20mL adicionales de agua. iv. Enseguida, se enfría la mezcla en un baño de hielo, con lo cual el producto de la reacción comienza a cristalizar. En caso de que después de 5 minutos, aún no se formaran cristales, agregue 10 mL de agua helada. v. Cuando el producto haya cristalizado, se filtra la mezcla reaccional a través de un embudo Buchner con ayuda de una bomba de vacío (Nota 3), lavando finalmente el producto varias veces con pequeñas porciones de agua helada. vi. El ácido acetilsalicílico “aspirina” se obtiene como cristales blancos, los cuales se secan a la estufa a 40ºC durante 6 horas (Punto de fusión 135-136ºC). vii. Se determina experimentalmente el punto de fusión y el peso. Notas 1. Inicialmente la reacción puede ser exotérmica. Llévese a cabo en una campana. 2. El anhídrido acético reacciona vigorosamente con el agua y la mezcla puede salpicar. Evítese respirar sus vapores y efectúense todos los trasvases en la campana. 3. Las “aguas madre” se guardan en una botella en el refrigerante, para ver si cristaliza más producto.

Guía de Práctica de Química Orgánica II

17

VI. AMINAS A. Introducción (12) Las aminas son compuestos en los que un grupo alquilo sustituye a uno o más hidrógenos del amoníaco, por lo que se comportan como bases orgánicas. Se presentan en la naturaleza, y tienen una gran importancia biológica. Ejemplos de aminas:

Las Aminas no pueden experimentar las reacciones de sustitución y de eliminación que presentan los haluros de alquilo, los alcoholes y éteres, debido a que el grupo _:NH , es un mal grupo saliente, por lo que estos compuestos presentan otros tipos 2 de reacciones como: La alquilación o acilación de la amina, mediante reacciones de sustitución nucleofílica; forman iminas y enaminas, cuando se hacen reaccionar con aldehídos y cetonas. Asimismo, las arilaminas reaccionan con ácido nitroso para formar sales estables de arildiazoniao. Estas últimas tienen aplicación en síntesis porque una gran variedad de nuecleófilos puede sustituir el grupo diazonio. B. Hidrólisis de la p-nitroacetanilida (11) La nitración de la anilina no puede llevarse a cabo directamente debido a la gran reactividad de este compuesto aromático, que conllevaría a la obtención del producto trisustituido. Por ello, para sintetizar la p-nitroanilina se debe realizar la siguiente secuencia de síntesis, que involucra tres etapas: NH2 R1 (CH3CO2)O (l) CH3COOH (l) reflujo, 10'

Anilina

i

R2

R3

HNO3 (l)-H2SO4 (l)

Hidrólisis

< 35ºC, 30'

NO2 Acetanilida

(P.L. Nº 4B)

NO2

NHCOCH3

NHCOCH3

NO2

p-nitroacetanilida (P.L. Nº 6B)

2g de p-nitroacetanilida (obtenida de una práctica de laboratorio precedente) se coloca en un vaso de 150 mL y se forma con ella una pasta muy fina adicionando 25 mL de agua y agitando. ii La mezcla se transfiere a un balón de 100 mL, adicionando un poco de agua para lavar el vaso y se adicionan 9 mL de ácido clorhídrico concentrado.

Guía de Práctica de Química Orgánica II

18

iii Se adapta al balón un refrigerante de reflujo y la solución se calienta a ebullición durante 30-35 minutos. iv Terminada la hidrólisis, el balón se enfría un poco, en un baño de agua, y la mezcla de reacción se vierte en un vaso de 150 mL. v Se adicionan 15-20g de hielo picado y se precipita la p-nitroanilina alcalinizando la solución con amoniaco. Debido a la escasa basicidad de la p-nitroanilina, una pequeña parte de ella se separa ya en la solución ácida diluida, antes de adicionar el hidróxido amónico. vi Cuando el producto ha cristalizado, se filtra la mezcla reaccional a través de un embudo Büchner con ayuda de una bomba de vacío, lavando finalmente el producto varias veces con pequeñas porciones de agua helada. vii La p-nitroanilina se obtiene como cristales amarillos (Punto de fusión 146º C). viii Se determina experimentalmente el punto de fusión y el peso.

D. Síntesis del Diazoaminobenceno (11) Ecuaciones Químicas de la Reacción

i

ii

NH2 ( sol )

N N

NaNO2(ac)

, Cl ( sol )

H2N

2HCl(ac) 12N 0 - 5 ºC

N N

H2O a) T amb, 10 min b) CH3COONa (ac) T amb, 55 min

, Cl ( sol )

+ NaCl (ac) + 2H2O

N N NH

(s)

Procedimiento Experimental i

En un vaso de 150 mL se colocan 20 mL de agua, luego se adicionan 5 mL (6g) de ácido clorhídrico concentrado HCl 12N y 3,4 mL (3,5 g, 3,75 milimoles) de anilina. ii Agitando vigorosamente se añaden 13 g de hielo picado. iii La mezcla reaccional se vierte a una solución de 1,3 g (18,75 milimoles) de nitrito de sodio NaNO2 en 3 mL de agua con agitación frecuente durante un período de 5 – 10 min. iv Se deja reaccionar a baja temperatura con agitación frecuente durante 15 min. v Luego, se añade a la mezcla reaccional una solución de 5,2 g de acetato de sodio CH3COONa en 10 mL de agua durante 5 minutos. Al cabo de este tiempo el producto de reacción comienza a precipitar. vi Se deja reposar a temperatura ambiente con agitación frecuente por 45 minutos, teniendo cuidado de que la temperatura de la mezcla de reacción no exceda 20 ºC, añada hielo si fuera necesario. vii Se filtra la mezcla reaccional a través de un embudo Büchner con ayuda de una bomba de vacío, lavando finalmente los cristales con 70 mL de agua helada. viii Se escurre el producto tanto como sea posible y extiende sobre una hoja de papel filtro para secarlo en la estufa a 40 ºC. ix El producto se puede recristalizar en éter de petróleo (fracción 60 – 80 ºC): Punto de fusión 97 ºC.

HCl ( ac )

Guía de Práctica de Química Orgánica II

19

REFERENCIA BIBLIOGRÁFICA (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) (10) (11) (12) (13)

Brewster, R.Q., C.A. Van Der Werf y W.E. Mc Even, Curso Práctico de Química Orgánica, Ed. Alhambra, Madrid, 1970, pág. 196-197. Durst, H. y G. Gokel., Química Orgánica Experimental, Editorial Reverté. S.A., 1985, pág. 220-223 (Sec. II.3 Aspirina); 389-391. Furniss, B. et al., (Eds), Vogel`s Textbook of Practical Organic Chemistry. Longman, London, 1981(c. 1978), págs 684-685; 791; 790 – 795. Lednicer, D and L. Hitscher, The Organic Chemistry of Drug Synthesis, Vol 1. John Wiley & Sons, 1977, pág. 108-109. Lewis, W. and P. Elvin. Lewis, Medical Botany. Plants affecting man`s health, John Wiley & Sons. USA, 1977, pág. 150-152. Mann, F. and B. Saunders, Practical Organic Chemistry, Longman, Bristol, 4th, Ed., 1964 (c. 1936), Pág 165. McKenzie, Experimental Organic Chemistry, Prentice-Hall, USA, 1967 (c. 1955), Págs. 91-93. Miller, J. and E. Neuzil, Modern Experimental Organic Chemistry, D.C. Heath and Co., Massachussets, 1982, págs 198-202; 500-508. Pavia, D., G. Lampman y G. Kriz, Química Orgánica Experimental. Editorial Universitaria de Barcelona, Barcelona, 1978, pàg. 19-24 (La aspirina). Peter, K., Volhardt, C. y Schore, N., Química Orgánica, 3era. Edición, Ed. Omega, Barcelona, 2000. Pág. 730-761. Reyna P., Victor, Guía de Prácticas de Química Orgánica, 1990. Yurkanis Bruice, Paula, Química Orgánica, 5ta. Ed., Pearson, México, 2008, págs.943-949,1319. McMurry, J., Química Orgánica, 6ta. Ed. Edamsa Imresiones, S.A., España, 2006, págs.1175.