Práctica 9- Isomerización del ácido maleico PDF

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PRÁCTICA 9 ISOMERIZACIÓN DEL ÁCIDO MALEICO. Universidad Autónoma de Ciudad Juárez, Ciudad Universitaria Laboratorio de Química Orgánica I Resumen El ácido maleico y el ácido fumárico son isómeros cis y trans del ácido butenodíoico. En esta práctica, a partir de la hidrolisis del anhídrido maleico, s...

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PRÁCTICA 9 ISOMERIZACIÓN DEL ÁCIDO MALEICO. Universidad Autónoma de Ciudad Juárez, Ciudad Universitaria Laboratorio de Química Orgánica I

Resumen El ácido maleico y el ácido fumárico son isómeros cis y trans del ácido butenodíoico. En esta práctica, a partir de la hidrolisis del anhídrido maleico, se obtuvo ácido maleico al cual se le realizaron pruebas de reactividad, como la medida de pH, solubilidad, punto de fusión, entre otras. Tomando una muestra de este ácido, se trató de obtener su isómero, el ácido fumárico, para comprobar que si correspondía a ese compuesto, se le realizaron las mismas pruebas de reactividad que al ácido anterior. Al final de la isomerización y con los resultados de las pruebas, el compuesto obtenido no correspondió al ácido fumárico. Introducción Los isómeros son compuestos con la misma composición pero diferente distribución de sus átomos y, por tanto, con propiedades distintas. Los isómeros estructurales difieren en cuanto a la disposición de los enlaces de los ligandos. Los estereoisómeros son isómeros con sus enlaces químicos dispuestos del mismo modo pero con diferente distribución espacial de los ligandos. Las formas más comunes de estereoisometría son la isomería geométrica y la isomería óptica. Los geométricos difieren entre sí en cuanto a la ubicación relativa de los átomos donadores en la espera de coordinación, los más comunes son los cis-trans. Los ópticos son como imágenes en el espejo, imposibles de superponer uno en el otro. Los isómeros geométricos difieren unos de otros en sus propiedades químicas y físicas; en cambio, los isómeros ópticos o enantiómeros son quirales y se distinguen entre sí por su interacción con la luz polarizada en un plano, las soluciones de un isómero hacen girar el plano hacia la izquierda (levógiras) y hacia la derecha (dextrógiras) (Brown et al, 2004). Podría parecer que las diferencias en la orientación especial no son importantes, pero los estereoisómeros con frecuencia presentan diferencias considerables en sus propiedades físicas, químicas y biológicas.

Imagen 1. Clasificación de isómeros.

Por ejemplo, en los isómeros trans y cis del ácido butenodíoico, el isómero cis se conoce como ácido maleico y el isómero trans como ácido fumárico. El ácido fumárico es un intermedio metabólico esencial tanto en las plantas como en animales, mientras que el ácido maleico es toxico e irrita los ojos (Wade, 2004). El ácido maleico y fumárico fueron los primeros en los que se descubrió la isomería cis-trans gracias a Wilicenus. La ordenación estérica de ambos ácidos se pudo demostrar porque sólo el ácido maleico (forma Z), como consecuencia de la proximidad espacial de ambos grupos carboxilo, forma un anhídrido cíclico, con desprendimiento de agua, por calentamiento rápido, especialmente en

presencia de anhídrido acético. Por calentamiento prolongado a 150°C, así como por irradiación UV, se isomeriza el ácido maleico a ácido fumárico, más estable (E). La reacción inversa no se puede llevar a cabo de forma directa. Si se calienta el ácido fumárico a temperatura suficientemente alta (300°C) tiene lugar la isomerización, pero inmediatamente se forma, con desprendimiento de agua, el anhídrido maleico. El ácido maleico no se ha encontrado en la naturaleza, pero se utiliza en el campo de la síntesis como componente en la fabricación de resinas alquídicas, sin embargo el ácido fumárico se encuentra en una serie de plantas, como la fumaria, en los líquenes de Islandia, así como los hongos y líquenes. En el ciclo del ácido cítrico se produce como producto intermedio en la deshidrogenación del ácido succínico. El anhídrido maleico es utilizado como componente en las síntesis diénicas (Beyer y Walter, 1987). El anhídrido maleico, se hidroliza fácilmente dando el ácido maleico, que también tiene la configuración cis (Z) y es bastante soluble en agua y de bajo punto de fusión. Por acción del ácido clorhídrico dicho ácido se puede isomerizar a ácido fumárico, su isómero geométrico trans (E), que es muy insoluble y de punto de fusión elevado. Se supone que la isomerización ocurre a través de la adición 1,4 del cloruro de hidrógeno al sistema conjugado, formando un intermediario transitorio carente de doble enlace que explica la rotación de los enlaces de carbono, formándose la estructura trans (E), más estable, con eliminación del ácido clorhídrico (Sin autor, 2008)

Imagen 2. Isómeros del ácido butenodíoico.

Objetivos • Obtener ácido fumárico a partir de ácido maleico. • Identificar las características de cada uno de los isómeros configuracionales. Materiales y Reactivos •Materiales: -Tubos de ensayo -Vasos de precipitado -Pinzas para tubo de ensayo -Mechero Bunsen -Tela de asbesto -Embudo -Papel filtro -Termómetro -Manguera -Capilares -Potenciómetro -Encendedor -Soporte universal -Aro metálico -Pipetas -Propipeta -Pesa sustancias -Espátula -Balanza analítica

•Reactivos: -Anhídrido maleico -Ácido clorhídrico -Permanganato de potasio -Aceite vegetal -Tiras de magnesio -Agua destilada

Metodología Hidrolisis del anhídrido maleico -En un tubo de ensayo se colocaron 3 ml de agua y se hirvió a fuego bajo. -Se añadieron al tubo 3 gramos de anhídrido maleico, tratando de disolver hasta desaparecer los cristales. -Se dejó enfriar la disolución esperando obtener un precipitado.

-Obtenido en el precipitado, se filtró la mezcla. -Se dejó secar el soluto obtenido y se dividió en dos muestras, una de 0.1 gramos y otra de 0.05 gramos para después realizar las pruebas de punto de fusión de reactividad.

indicó que el compuesto obtenido en la isomerización no correspondía al ácido fumárico, debido a la gran diferente entre los punto de fusión.

Isomerización del ácido maleico -El filtrado sobrante se transfirió a un tubo de ensayo y se le añadió 2.5 ml de ácido clorhídrico concentrado. -Se calentó la disolución suavemente hasta separar los cristales. -Se dejó enfriar y después se filtró la mezcla. -Después de que el soluto se secara, se separó en dos muestras de 0.1 y 0.05 gramos cada una. -Con el soluto sobrante se determinó el punto de fusión de la muestra.

Tabla 1. Puntos de fusión de los ácidos.

Propiedades y pruebas de reactividad. -Se colocaron 0.3 gramos de ácido maleico en dos tubos de ensayo, luego se adicionaron 3 ml de solución de permanganato de potasio 1%, se anotaron observación. -En un vaso de precipitado se colocaron 0.1 gramos de ácido maleico y 5 ml de agua destilada, se observó la solubilidad y se anotaron resultados. -A la disolución anterior, con ayuda de un potenciómetro, se le midió el pH, se anotó el resultado. -Se agregó a la mezcla una tira de magnesio pequeña y se observó lo ocurrido. -Se repitió el procedimiento con el ácido fumárico. Resultados y Discusión Puntos de fusión: El ácido maleico tiene un punto de fusión teórico de 135°C, en esta prueba se obtuvo 138°C. Para el ácido fumárico, el punto de fusión teórico es de 287°C, mientras que el obtenido es de 150°C. Esta prueba nos

Sustancia Ácido maleico Ácido fumárico

Punto de fusión 138°C 150°C

Pruebas de solubilidad: Al agregar el agua, el ácido maleico se solubilizó rápidamente, mientras que el otro compuesto se disolvió muy poco.

Imagen 2. Solubilidad del ácido maleico.

Medición del pH: Sustancia Ácido maleico Ácido fumárico

pH 1.25 1.15

Tabla 2. pH de los ácidos analizados.

El ácido fumárico es un ácido débil, por lo que en esta prueba el pH debió ser mayor que el del ácido maleico, sin embargo sucedió lo contrario, por lo que se vuelve a demostrar que se trata de otro compuesto distinto. Pruebas de reactividad: Después de la medición de pH, se añadió una tira de magnesio para conocer si existía presencia de hidrógeno, a lo cual ambos ácido dieron positivo. Con el permanganato de potasio, el ácido maleico cambio de color a un tono amarillo y poco a poco fue aclarándose, sin

embargo no transparente.

llego

a

una

tonalidad

convino con alguna otra obteniendo un ácido diferente.

sustancia

Referencias 1.- Beyer, H. Walter, W. (1987). Manual de Química Orgánica. Barcelona: Ed. Reverte. Pp. 356-359. 2.- Brown, T. LeMay, H. Bursten, B. (2004). Química, la ciencia central. 9na Edición. México: Ed. Pearson Educación. p. 976.

Imagen 3 y 4. Ácido maleico (izquierda) y ácido fumárico (derecha) en prueba de reactividad con permanganato de potasio.

El otro compuesto solo cambio a color marrón en presencia de permanganato y permaneció así. El ácido maleico al reaccionar con ácido clorhídrico forma ácido fumárico (Imagen 5). Sin embargo, algo cambio la reacción y se obtuvo un compuesto diferente desconocido.

Imagen 5. Reacción de isomerización del ácido maleico a ácido fumárico.

Conclusión Se obtuvieron los resultados a las pruebas correspondientes al ácido maleico, sin embargo en la isomerización de éste para obtener ácido fumárico, de acuerdo a las pruebas de reactividad, el isómero no se obtuvo. Esto lo indicaba principalmente el pH. El cambio pudo deberse a que el ácido maleico no se convino correctamente y se

3.- Sin autor (2008). Isomerización del ácido maleico. Recuperado el 19 de Abril de 2015, de: http://www.geocities.ws/academia quimicaorg/practica1-quimicaorg2.pdf 4.- Wade, L. (2004). Capítulo 5: Estereoquímica. Química orgánica. 5ta Edición. Madrid: Pearson Educación....