Síntesis DE Ácido Fumárico PDF

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INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONALESCUELA NACIONAL DE CIENCIAS BIOLÓGICASLABORATORIO DE QUÍMICA ORGÁNICAREPORTE DE LABORATORIOPRÁCTICA No. 7. Síntesis de ácido fumárico.Equipo No. 2 Grupo 2QM• Jiménez Rodríguez Dulce Arely.• Vasquez Franco Bryan Giovanny.RESULTADOS ESPERADOS.Se espera como resultado la ...

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INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA NACIONAL DE CIENCIAS BIOLÓGICAS LABORATORIO DE QUÍMICA ORGÁNICA REPORTE DE LABORATORIO

PRÁCTICA No. 7. Síntesis de ácido fumárico. Equipo No. 2

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Grupo 2QM4

Jiménez Rodríguez Dulce Arely. Vasquez Franco Bryan Giovanny.

RESULTADOS ESPERADOS. Se espera como resultado la obtención de cristales blanquecinos de ácido trans- 2-butenodioico (ácido fumárico), a partir de la diastereoisomerización del ácido cis- 2-butenodioico (ácido maleico).

ANÁLISIS DE RESULTADOS. Se prepara una disolución al 40% de ácido maleico en agua, esta se calienta para favorecer la solubilidad del ácido maleico. En el matraz de reacción se colocan 10 mL de la disolución al 40% de ácido maléico y se adicionan lentamente 20 mL de ácido clorhídrico concentrado (HCl) por las paredes del matraz, dicho proceso se realiza de lentamente, ya que la reacción puede ser violenta. Posteriormente se adapta un refrigerante en posición de reflujo y se calienta la mezcla durante 30 minutos, se deja enfriar a temperatura ambiente para evitar los vapores del ácido y se separa la mezcla por filtración, en seguida se recristalizan en agua debido a que los cristales de ácido fumárico son insolubles en agua y la solución de HCl que es soluble en agua desaparezca y por tanto solo queden los cristales de ácido fumárico. Finalmente, se pesa un papel filtro y el producto, se obtiene el rendimiento y se determina el punto de fusión para conocer la pureza de los cristales obtenidos. Sí el punto de fusión es diferente al teórico: 287 °C, se procede a hacer una rerecristalización hasta que el punto de fusión sea lo más parecido al teórico.

MECANISMO DE REACCIÓN. El mecanismo inicia con una reacción ácido-base entre un carbonilo del ácido maleico y ácido clorhídrico (HCl), el cual tiene como función ser un catalizador lo que favorece la desprotonación (B). Se facilita la deslocalización de los electrones que conduce a la desaparición del doble enlace entre C2 y C3 originándose un carbocatión (C) con hibridación sp2 y el enlace simple, que permite el giro entre estos 2 carbonos para dar (D). Posteriormente, por otra deslocalización electrónica, se regenera el doble enlace (E) y finalmente por una reacción de desprotonación, se obtiene el ácido fumárico (F).

Figura 1: Mecanismo de reacción, para la diastereoisomerización del ácido maléico.

Los ácidos butenodioicos se pueden interconvertir, siempre y cuando desaparezca el doble enlace, ya que se requiere de un giro a través de su mismo eje.

Figura 2: Diastereoisomerización de los ácidos 1,4-butenodioicos.

De acuerdo con lo anterior, existen dos ácidos 2-butenodioicos: ácido cis- 2-butenodioico y ácido trans- 2-butenodioico.

CONCLUSIÓN. Convertimos un isómero cis- mediante una diastereoisomerización para obtener un isómero trans-. Esto nos permitió conocer y diferenciar las propiedades fisicoquímicas de ambos compuestos, así como la diferenciación estructural de los isómeros geométricos del ácido 2-butenodioico, en este caso el ácido cis- 2-butenodioico (Ácido maléico) y el ácido trans- 2-butenodioico (ácido fumárico).

BIBLIOGRAFÍA. ● Fieser L. Fieser M. (1981). Química Orgánica Fundamental . Barcelona. Editorial Reverté, S.A. p. 373 ● McMurry J. (2012). Química orgánica . México. 8a Edición. Editorial Cengage Learning. ● Skoog D, Holler C. (2015). Fundamentos de química analítica. México. 9a Edición. Editorial: Cengage Learning.

CUESTIONARIO. 1. Escribe tus observaciones del proceso de interconversión de isómeros. Se observan cambios en las propiedades fisicoquímicas; en este caso en la solubilidad del agua: el ácido maléico es soluble, mientras que el ácido fumárico es insoluble. Por tanto se puede decir que el ácido maléico es más polar que el fumárico. En la interacción de las moléculas del ácido maléico hay una suma vectorial que da como resultado un momento dipolar, y en el ácido fumárico los momentos dipolares son cancelados; como el ácido maleico tiene una polaridad mayor forma puentes de hidrógeno más fácil, y el ácido fumárico forma puentes de hidrógeno débiles, ya que no tiene momento dipolar.

2. Anota las características del producto crudo y el recristalizado incluyendo el punto de fusión de este último.

producto

Ácido fumárico Ácido maléico Cristal blanco con olor agridulce Soluble en agua Punto de ebullición : >139 °C Punto de fusión (recristalizado): 130-139 °C Masa molecular (g/mol): 116 Densidad (g/cm3): 1.59 Pka1: 1.9 Pka2: 6.5

Es un sólido cristalino blanco, inodoro Poco soluble en agua Punto de ebullición (°F): 329 Punto de fusión (crudo): 275° Punto de fusión (recristalizado): 285 °C - 288° C Masa molecular (g/mol): 116 Densidad (g/cm3): 1.64 Pka1: 3 Pka2: 4

3. En la síntesis de ácido fumárico, indicar qué papel desempeña el ácido clorhídrico. El ácido clorhídrico HCl activa el grupo carbonilo y permite que se active y suceda el giro para facilitar la desprotonación y deslocaliza el doble enlace C=C.

4. Explica cómo se pueden justificar: a) La diferencia en los puntos de fusión de los isómeros estudiados. El punto de fusión del ácido maleico es de 136°C mientras que el del ácido fumárico es de 286°C La diferencia entre los puntos de fusión se debe a la magnitud de las interacciones moleculares, así como el acomodo estructural de las moléculas; en el caso del ácido fumárico los grupos carboxilo no están próximos lo que favorece las interacciones intermoleculares, mientras que en el ácido maleico sus grupos están próximos las interacciones serán intramoleculares (dipolo-dipolo inducido), y por lo tanto la energía introducida al sistema será menor es por ello que el punto de fusión del ácido maléico es menor que el de ácido fumárico. b) La diferencia de solubilidad en agua. Radica en la diferencia de polaridad de cada uno de los compuestos. El ácido maleico es una molécula polar y por tanto es soluble en agua, mientras que el ácido fumárico es apolar por lo que es poco soluble en agua. En el ácido maléico hay una suma vectorial que da como resultado un momento dipolar, y en

el ácido fumárico los momentos dipolares son cancelados; como el ácido maleico tiene una polaridad mayor forma puentes de hidrógeno más fácil, y el ácido fumárico forma puentes de hidrógeno débiles, ya que no tiene momento dipolar. c) La diferencia en la primera y segunda constantes de acidez. El ácido maléico es más ácido que el fumárico, debido a la gran capacidad de disociación que tiene en un disolvente y por tanto será más fácil que ceda un protón o ion (H+). d) Explicar a qué se debe que en el reflujo se observe formación y separación de cristales. Debido al proceso de interconversión de los isómeros y a la insolubilidad de uno respecto a otro.

5. Indicar porqué, de los isómeros cis- y trans- de esta práctica es la forma trans la que predomina. El isomero trans ocurre un impedimento estérico por lo tanto es más estable que el isómero cis, y esto se reflejado por la proximidad de sus grupos funcionales (carboxilo).

6. Indicar qué pruebas químicas se pueden llevar a cabo para evidenciar la presencia del grupo funcional carboxilo y la insaturación en el ácido fumárico. Se realiza una adición de halógenos (bromo); sirve como prueba CUALITATIVA. La solución de Bromo (Br) en Tetracloruro de carbono (CCl4) es de color rojo; mientras que en compuestos insaturados son incoloros. A medida de que se le añade ácido fumárico a la solución de bromo su color desaparece, mientras que al ser saturado el color rojo queda intacto.

Para el grupo carbonilo (aldehídos, cetonas y ácidos carboxílicos) hay varias pruebas CUALITATIVAS con diferentes reactivos, en este caso el de Brady que reacciona y presenta un precipitado color rojo-amarillo y con el de Tollens, se identifica el grupo cetona o aldehído.

BIBLIOGRAFÍA. ● Brown, T. LeMay, Jr. (2004). Química: La ciencia central . México 9ª Edición. Editorial: Pearson Educación. Cap. 13. ● Petrucci, R.H.; Harwood, W.S. (2003). Química General . Enlace químico y estructura de la materia. México. 8ª Edición. Editorial. Prentice Hall. Capítulo 14. ● Ugarte R. Salgado G. (2010). Estudio teórico de la isomerización del ácido maleico en ácido fumárico: un enfoque basado en el concepto de la  éxico. Editorial SciELO. pp. 750-754. superficie potencial. M...