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Manual de prácticas de laboratorio de Química Orgánica II

Tronco Formativo de las Licenciaturas en Ingeniería de los Alimentos y en Ingeniería Bioquímica Industrial, División de Ciencias Biológicas y de la Salud

Índice

Práctica 1 Síntesis de p-nitroanilina. Etapa 1 preparación de acetanilida…………..

7

Práctica 2 Síntesis de p-nitroanilina. Etapa 2 preparación de p-nitroacetanilida……

12

Práctica 3 Síntesis de p-nitroanilina. Etapa 3 preparación de p-nitroanilina………..

17

Práctica 4 Preparación de Amarillo Martius (2,4-dinitro-α-fenol)………………….

22

Práctica 5 Obtención de fluoresceína……………………………………………….

28

Práctica 6 Obtención de salicilato de metilo………………………………………..

33

Práctica 7 Isomería cis - trans……………………………………………………….. 40

2

LA SEGURIDAD EN EL LABORATORIO

El laboratorio de Química Orgánica es potencialmente el más peligroso de una licenciatura ya que en el se utilizan sustancias tales como ácidos y álcalis fuertes, disolventes, sustancias irritantes, tóxicas, inflamables y hasta explosivas. No obstante lo anterior, es posible llevar a cabo todos los experimentos y prácticas del programa con la mayor seguridad y sin riesgos cuando se toman las precauciones pertinentes. Los accidentes son evitables y para ello es necesario seguir los cuidados que se recomiendan a continuación así como las indicaciones del profesor, sin olvidar que nada reemplaza al sentido común y que la seguridad es responsabilidad de todo el grupo.

En el laboratorio es necesario mantener una conducta serena y tranquila, evitando movimientos bruscos y gritos o juegos pues esto suele provocar accidentes.

Es obligatorio el uso de una bata de algodón al estar en el laboratorio. La bata para el laboratorio de Química Orgánica debe de cubrir la mayor parte posible de zonas expuestas de modo que es mejor una bata larga y de mangas largas que brinda mayor protección. Las batas de material sintético deben de ser evitadas por ser inflamables, esto es válido también para las demás prendas de vestir. En algunas de las prácticas puede ser necesario además el uso de guantes, y en otras gogles, excepto para aquellas personas que utilizan anteojos.

Nunca deben de tocarse los reactivos con los dedos ni ponerse en contacto con la piel. Las mesas de trabajo deben mantenerse tan limpias como sea posible, pues si se derraman sustancias sobre ellas es posible que alguien resulte con quemaduras por ácidos o álcalis tanto en la ropa como en la piel, y por la misma razón es muy importante asegurarse de tener las manos limpias antes de llevarlas a la cara o a los ojos. Así mismo, nunca deben consumirse alimentos y o bebidas en el interior del laboratorio.

3

Siempre deben destaparse en la campana de extracción de gases los recipientes con sustancias que emiten gases tóxicos, irritantes, inflamables u olores desagradables. Lo anterior es válido cuando no se conoce el contenido o las propiedades del mismo. Una práctica no recomendada es la de tratar de reconocer los reactivos y disolventes por su olor ya que generalmente existen mejores formas de hacerlo, pero cuando no sea posible emplear otro método, puede olerse con cuidado y manteniendo el frasco o matraz a una distancia prudente. De cualquier manera, en caso de duda, es mejor preguntar al profesor.

A veces, existen algunas operaciones para las que es necesario el empleo del mechero de Bunsen. Es preferible el uso de la campana cuando se encienda alguna flama y no debe haber sustancias inflamables cerca, principalmente disolventes. Nunca debe encenderse una flama cuando se esté trabajando con éter ni debe de abrirse un recipiente que contenga éter cuando existan flamas encendidas en el mismo laboratorio. Así mismo, nunca debe de calentarse a la flama un disolvente inflamable en un recipiente o sistema abierto.

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RECOMENDACIONES PARA EL USO DEL EQUIPO DE MICROMETODO

El material de vidrio para uso de laboratorio de Química Orgánica conocido como equipo de micrometodo y que cuenta con juntas esmeriladas, permite el armado de modo muy simple y casi instantáneo de los distintos aparatos necesarios para la mayoría de la operaciones rutinarias en el laboratorio, ya que por poseer juntas normalizadas de vidrio, solo se requiere del ensamble de las diferentes piezas por utilizar. Sin embargo, pese a su simplicidad, es conveniente hacer algunas observaciones al usuario que lo emplea por primera o segunda vez.

LUBRICACIÓN

Antes que nada, es conveniente saber que algunas veces es necesario engrasar las juntas esmeriladas con una muy pequeña cantidad de lubricante o grasa silicón.

La forma de proceder es como sigue. Tomar una pequeña cantidad de lubricante con la yema del dedo, transferir solo la cantidad necesaria, sin exceso, a la junta esmerilada que debe de estar limpia y libre de material sólido; extenderlo por la superficie del mismo; colocar la otra pieza también limpia, y girarla 360 grados en ambas direcciones, dos o tres veces, para asegurar uan distribución completa y uniforme.

MANGUERAS DE ENFRIAMIENTO

Una vez colocado las mangueras de hule en las entradas del refrigerante, se debe de poner especial atención en que la entrada del agua debe de ser por la parte inferior o la manguera que esta abajo con el objeto de llenar el refrigerante completamente y la salida del agua debe de ser por la parte superior o manguera de abajo.

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AGITACIÓN

La barra magnética llamada comúnmente “mosca” o los cuerpos de ebullición deben de colocarse en la mezcla de reacción después de haberse colocado los reactivos en el matraz y antes de iniciar el calentamiento, nunca deben de agregarse los cuerpos de ebullición a un líquido cuando este caliente, debido a que la mezcla de reacción se puede proyectar violentamente fuera del matraz por sobrecalentamiento.

LAVADO

Al terminar la reacción o la destilación, el aparato deberá ser desmantelado y todas las piezas deben de ser lavadas. Si el material de vidrio al lavarse con agua y detergente quedará sucio entonces deberá usarse un disolvente orgánico o una mezcla de disolventes que pueden ser acetona, alcohol etílico o alguna mezcla de desecho.

6

Práctica 1

Síntesis de p-nitroanilina en tres etapas: 1a. etapa preparación de acetanilida

Investigación conceptual El alumno efectuará la primera parte de la síntesis de nitración de la anilina para producir la p-nitroanilina, la cual es un intermediario en síntesis e intermediario en la obtención de colorantes.

Objetivo Efectuar la acetilación de la anilina para obtener la acetanilida, con el fin de obtener un derivado que no sea susceptible de oxidación en la nitración con ácidos fuertes (ácido nítrico y ácido sulfúrico). H

NH2 (CH3 CO)2 O CH3 COOH

N O

7

Material

Reactivos

1

Cristalizador con arena

Ácido acético glacial

1

Equipo micrometodo

Agua destilada

1

Parrilla eléctrica

Anilina

1

Pinza para refrigerante

Anhídrido acético

1

Pinza para matraz bola

Hielo frapé

3

Pipetas graduadas de 5 mL

1

Pipeta Pasteur

1

Propipeta

1

Piseta con agua

1

Soporte universal

1

Trampa de vacío

2

Vasos de precipitados de 50 mL Papel filtro Perlas de ebullición

Desarrollo Observaciones acerca del calentamiento: Sí utiliza baño maría en vez de baño de arena, el tiempo de reflujo deberá ser mayor, en lugar de 15 min, el tiempo será el doble, 30 min.

Etapa 1. Reflujo. En un matraz bola de 10 mL coloque 2 mL de anilina, 2 mL de anhídrido acético [precaución: el anhídrido acético es muy irritante] y 1.5 mL de ácido acético glacial. Agregue de 1 a 2 perlas de ebullición o un agitador magnético. Adapte un refrigerante al matraz en posición vertical y caliente durante 15 min (tiempo del reflujo) sobre baño de arena (ver figura).

Etapa 2. Filtración. Enseguida, verter el líquido caliente lentamente sobre 25 mL de agua helada contenida en un vaso de precipitados de 100 mL.

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Enfriar el contenido del vaso en un cristalizador con hielo, separar por filtración el sólido y lavar el precipitado con pequeñas porciones de agua helada, hasta obtener un pH neutro en el agua de filtración. Dejar secar la acetanilida* sobre papel filtro al aire.

Una vez que el producto esté seco, pesar para calcular el rendimiento y determinar el punto de fusión (punto de fusión 113-115o C).

Nota: *Conserve el producto para la siguiente etapa. En la bitácora elabore una lista de las propiedades fisicoquímicas, uso y precauciones que se deberá tener con los reactivos que se utilizan en la práctica. Incluya un diagrama de flujo y cuestionario resuelto.

Equipo

Cuestionario 1. Investigar hacia que posición orientan los siguientes grupos funcionales en las reacciones de sustitución electrofílica aromática: fenol, amino, metilo, metoxilo, ciano, nitro, aldehído y carboxilo. ¿Cuales son activantes y cuales son desactivantes?

9

2. ¿Por que causa no se emplea una alta concentración de ácido acético al preparar la acetanilida y también, por que motivo no es deseable una baja concentración del mismo?

3. Informe los rendimientos obtenidos.

4. Consultando la bibliografía, haga una lista de las propiedades fisicoquímicas, el uso y precauciones que se deben tener con los reactivos que se utilizaron en la práctica.

5. ¿Que uso medicinal tiene la acetanilida?

Bibliografía Textos: Brewster, R.Q., Vaanderwerf, C.A. y McEwen, W.E. 1968. Curso Práctico de Química Orgánica. Editorial Alhambra, Madrid. Domínguez, Xorge A., Xorge Alejandro Domínguez S. 1982. Química Orgánica Experimental. Limusa, México. Fieser, L., 1967. Experimentos de Química Orgánica. Editorial Reverté, S. A. Barcelona Fieser, L., 1968. Organic Experiments, 2nd Ed., D. C. Heath and Company, Lemington Mohrig, Jerry R., Christina Noring Hammond, Terence C. Morrill and Douglas C. Neckers. 1998. Experimental Organic Chemistry. W. H. Freeman and Company. New York. Moore, J. A. and Dalrimple, D. Experimental Methods in Organic Chemistry 2th Edition W. B. Saunders Company Philadelphia (1976) Vogel, A. I., (1989) Textbook of Practical Organic Chemistry, Fifth Edition, Longman Scientific and Technical, London.

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Consultas sobre el tema: Conversión de un anhídrido de ácido en amida, consúltese la sección 21-5A del capítulo 25 en: L.G. Wade, Jr. 1993. Química Orgánica. PrenticeHall Hispanoamericana, S.A. (2 e) Química de los anhídridos de ácido, consúltese la sección 21.5 del capítulo 21 en: J. McMurry, 2000. Química Orgánica. Internacional Thomson Editores, S.A. de C.V. México (5 e) Conversión de aminas a amidas sustituidas, consúltese la sección 27.7 del capítulo 27 en: R.T. Morrison y R.N. Boyd, 1990. Química Orgánica. Addison-Wesley Iberoamericana. Formación de amidas, consúltese la sección 23.7A del capítulo 23 en: Streitwieser, Jr., A., y C. H. Heathcock, 1989. Química Orgánica. McGraw-Hill/Editorial Interamericana S.A. de C.V. México

De consulta general: The Merck Index. An Encyclopedia of Chemicals and Drugs (Windholz, M., S. Budavari, L.Y. Stroumtsos, and M.N. Fertig, Editores), 1976. 9th edition. Merck & Co., Inc. Rahway, N.J., U.S.A. O. Soria Arteche, H.L. Cárdenas Rodríguez y J.J. Reyes Méndez, 1997. CBS Manual: Hojas de datos de seguridad de las sustancias químicas empleadas con mayor frecuencia en los laboratorios de la licenciatura de QFB. UAM-Xochimilco, México, D.F. Kirk, R. O. & Otmer, D. F., Kirk-Otmer,1982. Encyclopedia of Chemical Tecnology, New York, John Wiley & Sons (3 e.)

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Práctica 2

Síntesis de p-nitroanilina en tres etapas: 2a. etapa preparación de p-nitroacetanilida

Investigación conceptual El alumno efectuará la segunda parte de la síntesis de nitración de la anilina para producir la p-nitroanilina, la cual es un intermediario en síntesis e intermediario en la obtención de colorantes.

Objetivo Efectuar la nitración de la acetanilida para obtener la p-nitroacetanilida, intermediario en la síntesis de p-nitroanilina H

H N

N

HNO3 O

O

H2SO4 O 2N

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Material

Reactivos

1

Cristalizador mediano

Acetanilida

1

Embudo de adición 125 mL

Ácido nítrico

1

Mortero con pistilo

Ácido sulfúrico

1

Termómetro

Agua destilada

1

Vaso de precipitados de 100 mL

Hielo frapé

1

Vaso de precipitados de 50 mL

1

Propipeta

1

Soporte universal

2

Pipeta graduada de 10 mL

1

Pipeta Pasteur

1

Piseta con agua

1

Espátula

1

Trampa de vacío papel pH Papel filtro

Desarrollo Etapa 1. Adición de ácido sulfúrico. En un vaso de precipitados de 50 mL colocar 2.25 mL de ácido sulfúrico concentrado, disolver ahí poco a poco 1 g de acetanilida finamente pulverizada.

Etapa 2. Adición de ácido nítrico. Una vez que todo el sólido se halla disuelto, poner el vaso a enfriar en un baño de hielo hasta que la temperatura de la mezcla llegue a 0° C y entonces agregar lentamente (gota a gota) 1.1 mL de ácido nítrico por medio de un embudo de adición o separación (ver figura) cuidando que la temperatura de la mezcla no pase de 20° C porque si la temperatura excede los 20° C el producto de reacción se oxida y se pierde, terminada la adición continuar la agitación por 15 min más.

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Etapa 3. Filtración. Verter la mezcla de reacción en un vaso de precipitados de 100 mL conteniendo 30 mL de agua destilada fría y separar el material sólido por filtración, lavando con agua para eliminar el ácido, hasta pH neutro del agua del filtrado.

La p-nitroacetanilida** obtenida deberá presentar un punto de fusión de 214216o C, pesar para calcular el rendimiento.

Nota La *acetanilida sobrante que no haya sido utilizada deberá colectarse en un recipiente proporcionado por el laboratorio. NO DESECHARLA

En la bitácora elabore una lista de las propiedades fisicoquímicas, uso y precauciones que se deberá tener con los reactivos que se utilizan en la práctica. Incluya un diagrama de flujo y cuestionario resuelto. **Conserve el producto para la siguiente etapa.

Equipo

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Cuestionario 1. ¿Por que en la nitración de la acetanilida se forma casi exclusivamente el derivado sustituido en para (p-)?

2. ¿Cuál grupo es un activador más fuerte entre el grupo amino de la anilina y el grupo acetamido de la acetanilida? ¿Por que?

3. La nitración de la anilina no acetilada da una mezcla de productos, aproximadamente dos tercios de meta (m-) y un tercio de para (p-). ¿Por que?

4. Informe los rendimientos obtenidos.

5. Consultando la bibliografía, haga una lista de las propiedades fisicoquímicas, el uso y precauciones que se deben tener con los reactivos que se utilizaron en la práctica.

Bibliografía Textos: Domínguez, Xorge A., Xorge Alejandro Domínguez S. 1982. Química Orgánica Experimental. Limusa, México. Mohrig, Jerry R., Christina Noring Hammond, Terence C. Morrill and Douglas C. Neckers. 1998. Experimental Organic Chemistry, W. H. Freeman and Company. New York. Moore, J. A. and Daytimple, D.1976. Experimental Methods in Organic Chemistry. W. B. Saunders Company, Philadelphia, (2th e) Vogel, A. I., (1989) Textbook of Practical Organic Chemistry, Fifth Edition, Longman Scientific and Technical, London

Consultas sobre el tema:

15

Sustituyentes activantes, directores orto-para, consúltese la sección 17-6 del capítulo 17 en: L.G. Wade, Jr. 1993. Química Orgánica. PrenticeHall Hispanoamericana, S.A. (2 e) OH y NH2: activadores orientadores orto y para, consúltese la sección 16.6 del capítulo 16 en: J. McMurry, 2000. Química Orgánica. Internacional Thomson Editores, S.A. de C.V. México (5 e) Mecanismo de nitración, consúltese la sección 14.8 del capítulo 14 en: R.T. Morrison y R.N. Boyd, 1990. Química Orgánica. Addison-Wesley Iberoamericana. Sustitución aromática electrofílica, consúltese la sección 23.7D del capítulo 23 en: Streitwieser, Jr., A., y C. H. Heathcock, 1989. Química Orgánica. McGraw-Hill/Editorial Interamericana S.A. de C.V. México

De consulta general: The Merck Index. An Encyclopedia of Chemicals and Drugs (Windholz, M., S. Budavari, L.Y. Stroumtsos, and M.N. Fertig, Editores), 1976. 9th edition. Merck & Co., Inc. Rahway, N.J., U.S.A. O. Soria Arteche, H.L. Cárdenas Rodríguez y J.J. Reyes Méndez, 1997. CBS Manual: Hojas de datos de seguridad de las sustancias químicas empleadas con mayor frecuencia en los laboratorios de la licenciatura de QFB. UAM-Xochimilco, México, D.F. Kirk, R. O. & Otmer, D. F., Kirk-Otmer,1982. Encyclopedia of Chemical Tecnology, New York, John Wiley & Sons (3 e.)

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Práctica 3

Síntesis de p-nitroanilina en tres etapas: 3a. etapa preparación de p-nitroanilina

Investigación conceptual El alumno efectuará la tercera parte de la síntesis de nitración de la anilina para producir la p-nitroanilina, la cual es un intermediario en síntesis e intermediario en la obtención de colorantes.

Objetivo Efectuar la hidrólisis en medio ácido de la p-nitroacetanilida para obtener la p-nitroanilina H

H H O O2N

N

+

N

H

H2O O2N

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Material

Reactivos

1 Equipo Micrometodo

Ácido clorhídrico

1 Parrilla eléctrica

Agua destilada

2 Pipetas Graduadas de 10 mL

Hidróxido de sodio al 40%

1 Pinza para refrigerante

Hielo frapé

1 Pinza para matraz bola

p-Nitroacetanilida

1 Vaso de precipitado de 50 mL 1 Piseta con agua 1 Probeta graduada de 100 mL 1 Soporte universal 1 Trampa de vacío 1 Mangueras 1 Papel filtro Papel pH

Desarrollo Etapa 1. Reflujo. En un matraz bola de 10 mL, colocar 1.5 g de pnitroacetanilida* añadir una solución de 3.5 mL de ácido clorhídrico concentrado disuelto en 3.5 mL de agua, agregar la barra magnética y colocar un refrigerante en posición vertical (ver figura), calentar a reflujo en baño de arena con agitación constante.

Etapa 2. Calentamiento. Una vez que toda la p-nitroacetanilida se ha disuelto (10 a 15 min), continuar calentando 15 min más. Sí transcurrido el tiempo no se ha disuelto la p-nitroacetanilida entonces agregar 1.5 mL de ácido clorhídrico concentrado por el refrigerante y esperar a que se disuelva y calentar por 15 min más.

18

Observación: sí la solución queda turbia, se debe filtrar en un embudo Buchner y el filtrado transparente se utiliza para continuar la práctica

Etapa 3. Cambio de pH. La mezcla de reacción transparente se coloca en un vaso de precipitados de 50 mL sumergido en hielo y se le agrega una solución de hidróxido de sodio al 40% enfriada en hielo hasta obtener una reacción alcalina (verificar con papel pH), se usan aproximadamente de 5 a 6 mL de la solución básica.

Etapa 4. Filtración. Enfriar, filtrar a vacío y lavar con agua destilada fría hasta pH neutro del filtrado acuoso. Punto de fusión teórico de la pnitroanilina** 146o-148o C, pesar para calcular el rendimiento.

Nota **Por ser la tercer y última etapa de la síntesis de la p-nitroanilina, el producto de ésta práctica, después de registrarse los resultados de peso y punto de fusión, deberá colectarse en un recipiente proporcionado por el laboratorio. NO DESECHARLA. La *p-nitroacetanilida sobrante que no haya sido utilizada deberá colectarse en un recipiente proporcionado por el laboratorio. NO DESECHARLA.

En la bitácora elabore una lista de las propiedades fisicoquímicas, uso y precauciones que se deberá tener con los reactivos que se utilizan en la práctica. Incluya un diagrama de flujo y cuestionario resuelto.

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Equipo

Cuestionario 1. ¿Cuál es el motivo de nitrar la anilina en tres etapas?

2. ¿Cuál es el mecanismo de reacción para la hidrólisis de la pnitroacetanilida?

3. ¿Por que la p-nitroanilina es soluble en ácido clorhídrico?

4. ¿Cuál es la importancia que tienen las aminas aromáticas en la industria química?

5. Informe los rendimientos obtenidos

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6. ¿Consultando la bibliografía, haga una lista de las propiedades fisicoquímicas, el uso y precauciones que se deben tener con los reactivos que se utilizaron en la práctica?

7. ¿Que uso tiene la p-nitroanilina?

Bibliografía Textos: Domínguez, Xorge A., Xorge Alejandro Domínguez S. 1982. Química Orgánica Experimental. Limusa, México. Mohrig, Jerry R., Christina Noring Hammond, Terence C. Morrill and Douglas C. Neckers. 1998. Experimental Organic Chemistry, W. H. Freeman and Company. New York. Moore, J. A. and Daytimple, D., 1976, Experimental Methods in Organic Chemistry, 2th Edition, W. B. Saunders Company, Philadelphia, (2th e) Vogel, A. I., (1989) Textbook of Practical Organic Chemistry, Fifth Edition, Longman Scientific and Technical, London.

Consultas sobre el tema: Hidrólisis de derivados de ácidos carboxílicos, consúltese la sección 21-7 del capítulo 21 en: L.G. Wade, Jr. 1993. Química Orgánica. PrenticeHall Hispanoamericana, S.A. (2 e) Química de las amidas, consúltese la sección 21.7 del capítulo 21 en: J. McMurry, 2000. Química Orgánica. Internacional Thomson Editores, S.A. de C.V. México (5 e) Hidrólisis de amidas, consúltese la sección 24.13 del capítulo 24 en: R.T. Morrison y R.N. Boyd, 1990. Química Orgánica. Addison-Wesley Iberoamericana. Hidrólisis: adición nucleófila-eliminación, consúltese la sección 18.6 del capítulo 18 en: Streitwieser, Jr., A., y C. H. Heathcock, 1989.

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Química Orgánica. McGraw-Hill/Editorial Interamericana S.A. de C.V. México

De consulta general: The Merck Index. An Encyclopedia of Chemicals and Drugs (Windholz, M., S. Budavari, L.Y. Stroumtsos, and M.N. Fertig, Editores), 1976. 9th edition. Merck & Co., Inc. Rahway, N.J., U.S.A. O. Soria Arteche, H.L. Cárdenas Rodríguez y J.J. Reyes Méndez, 1997.CBS Manual: Hojas de datos de seguridad de las sustancias químicas empleadas con mayor frecuencia en los laboratorios de la licenciatura de QFB. UAM-Xochimilco, México, D.F. Kirk, R. O. & Otmer, D. F., Kirk-Otmer,1982. Encyclopedia of Chemical Tecnology, New York, John Wiley & Sons (3 e.)

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Práctica 4

Preparación de amarillo de Martius 2,4-dinitro-α-naftol

Investigación conceptual El alumno preparará el 2,4-dinitro-α-naftol, a partir del α-naftol por sustitución de grupos sulfónicos con grupos nitro.

Objetivo Obtener un colorante que se prepara cuando el α-naftol se trata con ácido sulfúrico

concentrado

naftalendisulfónico.

obteniéndose

el

ácido

1-hidroxi-2,4-

OH

OH H2SO4

SO3H

SO3H Después este ácido por tratamiento con ácido nítrico produce el amarillo de Martius (2,4-dinitro-α-naftol)

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OH

OH SO3H

NO2

HNO3

SO3H

NO2

Esta sustitución es posible en virtud de que la reacción de sulfonación es un proceso reversible, de modo que el nitro catión en un momento dado puede sustituir al grupo sulfónico. El grupo hidroxilo, por mesomérico, aumenta la densidad electrónica del anillo aromático al cual se encuentra unido, de tal forma que esto incrementa su reactividad frente a un electrófilo, de ahí que la sustitución sea en el anillo aromático.

Material

Reactivos

1

Anillo de fierro

α-naftol

1

Cristalizador

Ácido nítrico

1

Equipo Micrométodos

Ácido sulfúrico

1

Parrilla eléctrica

Agua destilada

1

Matraz Erlenmeyer de 50 mL

Hielo frapé

1

Pinza para refrigerante

1

Pinza para matraz bola

2

Pipetas graduadas de 5 mL

1

Piseta con agua

1

Probeta graduada de 50 mL

2

Propipeta

1

Trampa de vacío

1

Soporte universal Papel filtro Papel pH

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Desarrollo Etapa 1. Adición de ácido sulfúrico. En un matraz Erlenmeyer de 50 mL o en el matraz esférico de 10 mL del equipo de micrométodos, coloque 1 g de α-naftol y agregue lentamente 2 mL de ácido sulfúrico concentrado (agitar hasta disolución); calentar suavemente en baño de agua durante 10 min (sin reflujo, ver figura a), transcurrido este tiempo, retirarlo del baño de agua y dejarlo enfriar por algunos min y después terminar de enfriar el matraz a chorro de agua.

Etapa 2. Embudo de separación. Disuelva el sólido formado en 5 mL de agua helada y vaciarlo en un embudo de separación, insertado en un anillo de fierro o una pinza unido a un soporte universal.

Etapa 3. Adición sobre ácido nítrico. Deje gotear lentamente (gota a gota) esta solución sobre 1.2 mL de ácido nítrico concentrado contenido en un matraz Erlenmeyer de 50 mL sumergido en un cristalizador con hielo (ver figura b). Una vez terminada la adición, caliente suavemente durante 5 min en baño de agua.

Etapa 4. Filtración. Diluir la mezcla de reacción con 20 mL de agua helada, agitar vigorosamente y filtrar con vacío. Finalmente lavar con agua destilada hasta pH neutro del filtrado para eliminar el exceso de ácido. Punto de fusión teórico del amarillo de Martius* 138 oC. Pesar para calcular el rendimiento.

Nota: * El amarillo de Martius sobrante que no haya sido utilizada deberá colectarse en un recipiente proporcionado por el laboratorio. NO DESECHARLO

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En la bitácora elabore una lista de las propiedades fisicoquímicas, uso y precauciones que se deberá tener con los reactivos que se utilizan en la práctica. Incluya un diagrama de flujo y cuestionario resuelto.

Equipo

Figura a

Figura b

Cuestionario 1. Explicar por que la sustitución se efectúa con las posiciones 2 y 4 del αnaftol. 2. Él α-naftol esta formado por dos anillos. ¿Por qué sólo reacciona uno de ellos?

3. Proponga un mecanismo de reacción para la sustitución del grupo sulfónico por el grupo nitro.

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4. ¿Que uso tiene el Amarillo de Martius?

5. ¿Cuales son los grupos cromóforos y auxocromos del Amarillo de Martius?

6. ¿Qué es un mordiente?

7. Calcule el rendimiento.

Bibliografía Textos: Domínguez, X.A., 1968. Experimentos de Química Orgánica. Limusa Wiley, México. Adams, R., J. Johnson, and C. Wilcox., 1963. Laboratory Experiments in Organic Chemistry. MacMillan Co., N.Y., USA. Fieser, L., (1967), Experimentos de Química Orgánica, Editorial Reverté, S. A. Barcelona Fieser, L., (1968) Organic Experiments, 2nd Ed., D. C. Heath and Company, Lemington

Consultas sobre el tema: Sulfonación del benceno y desulfonación, consúltese la sección 17-4 del capítulo 17 en: L.G. Wade, Jr. 1993. Química Orgánica. PrenticeHall Hispanoamericana, S.A. (2 e) Otras sustituciones aromáticas, consúltese la sección 16.2 del capítulo 16 en: J. McMurry, 2000. Química Orgánica. Internacional Thomson Editores, S.A. de C.V. México (5 e) Reglas de Woodward-Fieser (cromóforo, auxocromo), consulten el Apéndice 3 de los Apéndices en: L.G. Wade, Jr. 1993. Química Orgánica. Prentice-Hall Hispanoamericana, S.A. (2 e)

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Terminology of UV spectroscopy, consúltese la sección 12.8 del capítulo 12 en: A.S. Wingrove y R.L. Caret, 1981. Organic Chemistry. Harper & Row, Publishers Nueva York Orientación de la sustitución electrofílica en derivados del naftaleno, consúltese la sección 34.13 del capítulo 34 en: R.T. Morrison y R.N. Boyd, 1990. Química Orgánica. Addison-Wesley Iberoamericana. Colorantes y Teñido, consúltese la sección 34.3C del capítulo 23 en: Streitwieser, Jr., A., y C. H. Heathcock, 1989. Química Orgánica. McGraw-Hill/Editorial Interamericana S.A. de C.V. México

De consulta general: The Merck Index. An Encyclopedia of Chemicals and Drugs (Windholz, M., S. Budavari, L.Y. Stroumtsos, and M.N. Fertig, Editores), 1976. 9th edition. Merck & Co., Inc. Rahway, N.J., U.S.A. O. Soria Arteche, H.L. Cárdenas Rodríguez y J.J. Reyes Méndez, 1997. CBS Manual: Hojas de datos de seguridad de las sustancias químicas empleadas con mayor frecuencia en los laboratorios de la licenciatura de QFB. UAM-Xochimilco, México, D.F. Kirk, R. O. & Otmer, D. F., Kirk-Otmer,1982. Encyclopedia of Chemical Tecnology, New York, John Wiley & Sons (3 e.)

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Práctica 5

Obtención de fluoresceína

Investigación conceptual El alumno preparará fluoresceína, que es un colorante de los llamados ftaleínicos y el cual puede emplearse como indicador ácido-base, así como intermediario para la preparación de otros compuestos como el mercuro cromo, el cual es un desinfectante enérgico.

Objetivo Obtener la flouresceína calentando el resorcinol con anhídrido ftálico en presencia de un ácido de Lewis. HO HO

OH

O

O

ZnCl2

2 O

COOH

O O

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Material

Reactivos

1

Cápsula de porcelana

Agua destilada

1

Crisol de porcelana

Anhídrido ftálico

1

Baño de arena

Cloruro de zinc anhidro

1

Parrilla eléctrica

Hidróxido de sodio al 5%

1

Pinzas para crisol

Resorcinol

1

Pipeta graduada de 10 mL

1

Piseta con agua

1

Propipeta

1

Soporte universal

1

Termómetro

1

Tubo de ensaye

1

Espátula Papel pH

Desarrollo Etapa 1. Fundir la mezcla. En un crisol de porcelana, coloque 1 g de anhídrido ftálico y 1.5 g de resorcinol. Depositar el crisol en un baño de arena (ver figura) y calentar el baño a 180o C, cuando la mezcla este fundida agregarle 0.5 g de cloruro de zinc anhidro.

Observación: El cloruro de zinc anhidro se debe de pesar cuando se vaya a agregar al crisol porque se humedece y se licua, ya que la sal es altamente higroscópica y absorbe agua del medio ambiente. Etapa 2. Fundir más la mezcla. Aumentar entonces la temperatura a 210o C, con ello, la mezcla se hace viscosa y de un color verdoso metálico.

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Etapa 3. Enfriar la mezcla. Después de unos 20 min retirar el crisol del baño, al irse enfriando debe inclinarse convenientemente el crisol para repartir la masa por toda la superficie interna del recipiente; inmediatamente antes de enfriar y mediante una espátula despegar y pasarlo a una cápsula de porcelana. Si esto último no fuera posible dejarlo en el crisol. Una vez fría, pulverizara con la varilla de vidrio dentro de la cápsula o dentro del crisol (tener cuidado para no romper el recipiente).

Etapa 4. Disolución de la fluoresceína. En un tubo de ensaye colocar una muy pequeña cantidad de la fluoresceína* obtenida (una pizca del polvo como puede ser la punta de una espátula, si se coloca en exceso no se observa el efecto), y llenar ¾ del tubo con agua destilada, agitar hasta disolución.

Etapa 5. Prueba de la fluoresceína. Cambie el pH de la solución con unas gotas de hidróxido de sodio al 5% hasta que este básico y observe el resultado (de preferencia en contra de la luz y sobre un fondo blanco). Pesar la fluoresceína obtenida para calcular el rendimiento.

Nota: *La fluoresceína sobrante que no haya sido utilizada deberá colectarse en un recipiente proporcionado por el laboratorio. NO DESECHARLA.

En la bitácora elabore una lista de las propiedades fisicoquímicas, uso y precauciones que se deberá tener con los reactivos que se utilizan en la práctica. Incluya un diagrama de flujo y cuestionario resuelto.

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Equipo

Cuestionario 1. Investigue el uso industrial de la fluoresceína.

2. Investigue el mecanismo de reacción de esta práctica.

3. ¿Que se entiende por fluorescencia y por luminiscencia?

4. Calcule el rendimiento.

5. ¿Qué otros tipos de luminiscencia existen? Cite dos ejemplos.

Bibliografía Textos: Domínguez, Xorge A., Xorge Alejandro Domínguez S. 1982. Química Orgánica Experimental. Limusa, México. Fieser, L., (1967), Experimentos de Química Orgánica, Editorial Reverté, S. A. Barcelona Fieser, L., (1968) Organic Experiments, 2nd Ed., D. C. Heath and Company, Lemington

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Vogel, A. I., (1989) Textbook of Practical Organic Chemistry, Fifth Edition, Longman Scientific and Technical, London.

Consultas sobre el tema: Flourescence and chemiluminescence, consúltese la sección 21.7. del capítulo 21 en: R.J. Fessenden & J.S. Fessenden. 1982. Organic Chemistry. PWS Publishers Wadsworth International Student Edition (2 e) Reacciones de fenoles y éteres, consúltese la sección B de la parte 26.7 del capítulo 26 en: A. Strietwieser, Jr. y C.H. Heathcock. Química Orgánica. 1989. McGraw-Hill, México. Ftaleínas, en: Cram, D.J., y G.S. Hammond. 1963. Química Orgánica. McGraw-Hill, Madrid, España. Flourescencia, consúltese la sección 22.7 del capítulo 22 en: R. Chang, 1992. Química. McGraw-Hill Interamericana de México, S.A. de C.V. Luminiscencia e iluminación, consúltese el glifo 5.7 de la sección 5.3.2 del capítulo 5.3 en: A. Garritz y J.A. Chamizo, 1994. Química. AddisonWesley Iberoamericana, S.A. Impreso en EUA.

De consulta general: The Merck Index. An Encyclopedia of Chemicals and Drugs (Windholz, M., S. Budavari, L.Y. Stroumtsos, and M.N. Fertig, Editores), 1976. 9th edition. Merck & Co., Inc. Rahway, N.J., U.S.A. O. Soria Arteche, H.L. Cárdenas Rodríguez y J.J. Reyes Méndez, 1997. CBS Manual: Hojas de datos de seguridad de las sustancias químicas empleadas con mayor frecuencia en los laboratorios de la licenciatura de QFB. UAM-Xochimilco, México, D.F. Kirk, R. O. & Otmer, D. F., Kirk-Otmer,1982. Encyclopedia of Chemical Tecnology, New York, John Wiley & Sons (3 e.)

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Práctica 6

Obtención de salicilato de metilo

Investigación conceptual El ácido salicílico posee la propiedad de reducir el dolor (analgésico) y la fiebre (antipirético), aunque provoca irritación en la mucosa gástrica. El salicilato de metilo es un derivado que conserva sus propiedades medicinales disminuyendo el efecto secundario indeseable.

El salicilato de metilo es una esencia que se encuentra en diversas plantas. Posee el aroma y el sabor de la gaulteria, utilizándose como edulcorante y como perfume. También se utiliza formando parte de linimentos debido a la facilidad con que penetra a través de la piel y, una vez en el organismo, se hidroliza a ácido salicílico que alivia el dolor.

Objetivo Obtener el salicilato de metilo a partir de la esterificación del ácido salicílico. El ácido salicílico contiene un grupo carboxilo y un grupo fenol, ambos grupos funcionales pueden formar ésteres. El carboxilo del ácido

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salicílico y el hidroxilo del alcohol reaccionan en medio ácido para dar un éster. COOCH3

COOH OH CH OH 3

OH

+

H

Material

Reactivos

1 Anillo de fierro chico

Ácido salicílico

1 Equipo Micrometodo

Ácido sulfúrico

1 Pinzas para matraz

Agua destilada

2 Pipeta graduada de 10 mL

Bicarbonato de sodio 5%

1 Parrilla eléctrica

Cloruro de calcio anhidro

1 Piseta con agua

Metanol

1 Probeta graduada de 100 mL 1 Propipeta 1 Matraz aforado de 100 mL (solo 1 equipo) 1 Soporte universal

Desarrollo Observación inicial: Debido a que se obtiene poco producto de reacción si utiliza el matraz bola de 10 mL (alrededor de 1 mL) y con el objeto de obtener más del salicilato de metilo, para observar una clara separación y ser más manejable, considere sí el equipo de micrométodos cuenta con un matraz de 25 mL, si lo hay entonces utilícelo y duplique las cantidades de los reactivos a utilizar. En un matraz bola de 25 mL coloque 2 g de ácido salicílico y 6 mL de metanol. Adicione lentamente (gota a gota) 2 mL de ácido sulfúrico concentrado. Con el mismo tiempo de reflujo de 45 min.

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Etapa 1. Adición del ácido sulfúrico y reflujo. En un matraz bola de 10 mL coloque 1 g de ácido salicílico y 3 mL de metanol. Coloque un adaptador de dos vías al matraz, en la boca recta coloque un refrigerante (ver figura a). Adicione lentamente (gota a gota) 1 mL de ácido sulfúrico concentrado a través de la boca libre del adaptador a la mezcla de reacción con agitación suave, terminada la adición cierre la boca con un tapón y caliente la mezcla en baño de arena y mantenga el reflujo con agitación durante 45 min.

Etapa 2. Obtención de capa orgánica y de la capa acuosa. Después de este tiempo enfrié el matraz al chorro de agua de la llave. Añadir al matraz de reacción 5 mL de agua destilada, pasar la mezcla a un embudo de separación y sujetarlo a un soporte universal con pinzas o un anillo de fierro, dejar reposar el embudo destapado con la mezcla el tiempo necesario para que se separen las dos capas (orgánica y acuosa). La capa inferior es la orgánica y la superior es la acuosa.

Etapa 3. Separación de la capa orgánica de la acuosa. Abrir la llave de paso del embudo de separación para bajar la fase orgánica (capa inferior) sobre un vaso de precipitados (figura b), cerrar la llave de paso y después en otro vaso de precipitados dejar caer la fase acuosa (capa superior) contenida en el embudo (desecharla).

Etapa 4. Neutralización y lavado de la capa orgánica. Regresar la fase orgánica al embudo de separación para lavarla con 5 mL de bicarbonato de sodio al 5% (hasta pH neutro o ligeramente alcalino), separar las capas y descartar la capa acuosa superior. Repetir la operación para lavar el éster esta vez con 3 mL de agua destilada.

Etapa 5. Secado. Separe las capas y transfiera el éster a un vaso de precipitados seco, agregar 0.1 g de cloruro de calcio anhidro para secarlo (o

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el suficiente hasta que quede el líquido transparente). Pasarlo por decantación a un vaso de precipitados y medir con una pipeta el volumen de salicilato de metilo* obtenido para calcular el rendimiento.

Nota: *El salicilato de metilo sobrante que no haya sido utilizada deberá colectarse en un recipiente proporcionado por el laboratorio. NO DESECHARLO

En la bitácora elabore una lista de las propiedades fisicoquímicas, uso y precauciones que se deberá tener con los reactivos que se utilizan en la práctica. Incluya un diagrama de flujo y cuestionario resuelto.

Equipo

Figura a

Figura b

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Cuestionario 1. Investigue el mecanismo de reacción de la práctica.

2. Calcule el rendimiento obtenido en la reacción.

3. ¿Cuál es el uso industrial del salicilato de metilo? Mencione tres ejemplos.

4. ¿Consultando la bibliografía, haga una lista de las propiedades fisicoquímicas, el uso y precauciones que se deben tener con los reactivos que se utilizaron en la práctica?

5. ¿Porque no reaccionan el carboxilo y el hidroxilo del ácido salicílico entre sí?

Bibliografía Textos: Eaton, David. 1989. Laboratory investigations in organic Chemistry. McGraw-Hill Book Company. NY Domínguez, Xorge A., Xorge Alejandro Domínguez S. 1982. Química Orgánica Experimental. Limusa, México. Vogel, A. I., (1989) Textbook of Practical Organic Chemistry, Fifth Edition, Longman Scientific and Technical, London.

Consultas sobre el tema: Condensación de los ácidos con los alcoholes: esterificación de Fischer, consúltese la sección 20.11 del capítulo 20 en: L.G. Wade, Jr. 1993. Química Orgánica. Prentice-Hall Hispanoamericana, S.A. (2 -e) Reacciones de sustitución nucleofílica en el acilo de los ácidos carboxílicos consúltese la sección 21.3 del capítulo 21 en: J. McMurry, 2000.

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Química Orgánica. Internacional Thomson Editores, S.A. de C.V. México (5 e) Synthesis of esters: esterification, consúltese la sección 18.7A del capítulo 18.7 en: Salomons T.W. Graham, 1988. Organic Chemistry. John Wiley & Sons, Nueva York (4 e). Conversión a ésteres, consúltese la sección 23.16 del capítulo 23 en: R.T. Morrison y R.N. Boyd, 1990. Química Orgánica. Addison-Wesley Iberoamericana. Reacciones de fenoles y éteres, consúltese la sección 26.7A Esterificación del capítulo 26 en: Streitwieser, Jr., A., y C. H. Heathcock, 1989. Química Orgánica. McGraw-Hill/Editorial Interamericana S.A. de C.V. México

De consulta general: The Merck Index. An Encyclopedia of Chemicals and Drugs (Windholz, M., S. Budavari, L.Y. Stroumtsos, and M.N. Fertig, Editores), 1976. 9th edition. Merck & Co., Inc. Rahway, N.J., U.S.A. O. Soria Arteche, H.L. Cárdenas Rodríguez y J.J. Reyes Méndez, 1997. CBS Manual: Hojas de datos de seguridad de las sustancias químicas empleadas con mayor frecuencia en los laboratorios de la licenciatura de QFB. UAM-Xochimilco, México, D.F. Kirk, R. O. & Otmer, D. F., Kirk-Otmer,1982. Encyclopedia of Chemical Tecnology, New York, John Wiley & Sons (3 e.)

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Práctica 7

Isomería cis - trans

Investigación conceptual El alumno deberá conocer y comprender la isomería cis-trans como un ejemplo de isomería configuracional.

Objetivo Isomerización del ácido maleico (cis) al ácido fumárico (trans). O O HO

O

C

H C

C

C

H

H

+

C

H

OH

C HO

OH

C H

C O

ácido maleico

ácido fumárico

ácido cis-2-butenodioico

ácido trans-2-butenodioico

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Material

Reactivos

1

Equipo de micrometodo

Ácido clorhídrico concentrado

1

Cristalizador con arena

Ácido clorhídrico 1N

1

Cristalizador chico

Ácido maleico

1

Pinzas para refrigerante

Agua destilado

1

Pinzas para matraz

Hielo frapé

1

Soporte universal

1

Parrilla eléctrica

1

Probeta graduada de 50 mL

1

Piseta con agua Mangueras Papel filtro Papel pH

Desarrollo Etapa 1. Reflujo. En un matraz redondo de 10 mL disolver 1 g de ácido maleico en 1 mL de agua, después agregar 2 mL de ácido clorhídrico concentrado. Coloque un refrigerante en posición de reflujo y poner a ebullición en baño de arena durante 20 min. (Ver figura).

Etapa 2. Filtración. Terminado el reflujo, verter el contenido a un vaso de precipitados, enfriar en un cristalizador con hielo hasta que se forme un sólido, filtrar los cristales precipitados con vacío, lavando con agua fría hasta pH neutro del filtrado.

Etapa 3. Recristalización. Se puede recristalizar con ácido clorhídrico 1 N calentado a ebullición en un vaso de precipitados y dejando enfriar, volver a filtrar el precipitado formado lavando con agua fría. Secar muy bien y pesar

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para calcular el rendimiento. Determine el punto de fusión del ácido fumárico y un punto de fusión mixto con ácido fumárico y ácido maleico en el aparato de Fisher Johns o para determinar el punto de fusión.

Etapa 4. Comparación de la solubilidad. Compare la solubilidad de la materia prima con el producto obtenido disolviendo una pequeña cantidad de cada uno de ellos en 1 mL de agua.

Nota: *El ácido fumárico sobrante que no haya sido utilizado deberá colectarse en un recipiente proporcionado por el laboratorio. NO DESECHARLO

En la bitácora elabore una lista de las propiedades fisicoquímicas, uso y precauciones que se deberá tener con los reactivos que se utilizan en la práctica. Incluya un diagrama de flujo y cuestionario resuelto.

Equipo

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Cuestionario 1. Proponga un mecanismo para la reacción.

2. Explicar brevemente en que consiste la isomería cis-trans.

3. ¿Cuál es la diferencia entre el sistema cis trans con el E-Z?

4. ¿Puede haber una reacción de adición del ácido clorhídrico al doble enlace C-C? Explique

5. ¿Por qué la determinación del punto de fusión del ácido fumárico puede dar un resultado poco confiable?

6. ¿Cuál de los dos ácidos (maleíco o fumárico) es más soluble en agua?

Bibliografía Textos: Domínguez, Xorge A., Xorge Alejandro Domínguez S. 1982. Química Orgánica Experimental. Limusa, México. Vogel, A. I., (1989) Textbook of Practical Organic Chemistry, Fifth Edition, Longman Scientific and Technical, London.

Lecturas recomendables: Nomenclatura de los isómeros geométricos, consúltese la sección 7-5 del capítulo 7 en: L.G. Wade, Jr. 1993. Química Orgánica. Prentice-Hall Hispanoamericana, S.A. (2 e) Isomería cis-trans de los alquenos, consúltese la sección 6.5 del capítulo 6 en: J. McMurry, 2000. Química Orgánica. Internacional Thomson Editores, S.A. de C.V. México (5 e)

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The butenes; geometric isomerism, consúltese la sección 7.3 del capítulo 7 en: A.S. Wingrove y R.L. Caret, 1981. Organic Chemistry. Harper & Row, Publishers Nueva York Isomería geométrica, consúltese la sección 7.6 del capítulo 7 en: R.T. Morrison y R.N. Boyd, 1990. Química Orgánica. Addison-Wesley Iberoamericana. Nomenclatura de los alquenos, consúltese la sección 12.2 del capítulo 12 en: Streitwieser, Jr., A., y C. H. Heathcock, 1989. Química Orgánica. McGraw-Hill/Editorial Interamericana S.A. de C.V. México

Consultas sobre el tema: The Merck Index. An Encyclopedia of Chemicals and Drugs (Windholz, M., S. Budavari, L.Y. Stroumtsos, and M.N. Fertig, Editores), 1976. 9th edition. Merck & Co., Inc. Rahway, N.J., U.S.A. O. Soria Arteche, H.L. Cárdenas Rodríguez y J.J. Reyes Méndez, 1997. CBS Manual: Hojas de datos de seguridad de las sustancias químicas empleadas con mayor frecuencia en los laboratorios de la licenciatura de QFB. UAM-Xochimilco, México, D.F. Kirk, R. O. & Otmer, D. F., Kirk-Otmer,1982. Encyclopedia of Chemical Tecnology, New York, John Wiley & Sons (3 e.)

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