Código de la asignatura: 3423

Objetivos:

1.- Que el estudiante aprenda y aplique de manera adecuada las técnicas de uso frecuente en un laboratorio de química orgánica, en la obtención, separación, análisis y caracterización del(los) producto(s) de reacciones orgánicas.

2.- Lograr la comprensión de los mecanismos de las reacciones orgánicas de uso más común: condensaciones, oxidaciones, reducciones, uso de grupos protectores, transposiciones, etc. , para lograr la planificación de la síntesis de compuestos orgánicos, escogiendo la secuencia de pasos más conveniente, llevada a cabo en aquellas condiciones que optimizan los resultados.

3.- Llevar a cabo el análisis preliminar, separación e identificación de los componentes de una muestra problema de un máximo de cuatro compuestos orgánicos.

Material que deberá traer el estudiante:

Tijeras, tirro, frascos pequeños, capilares, pipetas Pasteur, micro tubos de ensayo (para la determinación de las temperaturas de ebullición), mamilas, 2 frascos de 500 cc (como los de mayonesa), papel pH, toallas secantes, detergente, aceite vegetal, sal, bata, lentes de seguridad y guantes desechables.

PROGRAMA:

El curso consta de dos bloques. El bloque A consta de seis práctica de laboratorio de síntesis de compuestos orgánicos. El bloque B tiene una duración máxima de seis semanas, en las cuales se deberán separar e identificar los componentes de una muestra problema.

BLOQUE A: SINTESIS ORGANICA (seis prácticas-seis semanas)

Práctica 1: Condensación Aldólica. Condensación Benzoínica. Reducción por transferencia de Hidruros. Reacción de Cannizaro. Condensación Aldólica Cruzada. Reacción de Claisen-Schmidt. (Práctica No. 3. Guía de la Prof. Tania Córdova).

Práctica  2: Oxidación de Benzoina a Bencilo. Transposición del ácido bencílico. Síntesis de ε-caprolactama a partir de la oxima de la ciclohexanona. Rearreglo de Beckman. (Práctica No. 4. Guía de la Prof. Tania Córdova).

Práctica 3: Reducción con hidruros metálicos. Síntesis de (1R,2S)-meso-hidrobenzoina a partir de bencilo. Síntesis de difenilcarbinol a partir de benzofenona. Síntesis de 4-tertbutilciclohexanol. (Práctica No. 5. Guía de la Prof. Tania Córdova). Esterificación (procedimiento a anexar como complemento en esta práctica).

Práctica 4: Reacciones de oxidación. Síntesis de ciclohexanona y ácido adípico a partir de ciclohexanol. Síntesis de nylon 6-6. (Práctica No. 6. Guía de la Prof. Tania Córdova).
Hidrólisis de amidas y ésteres (procedimiento a incluir como complemento en esta práctica).

BLOQUE B: ANALISIS ORGANICO DE UNA MUESTRA PROBLEMA (una serie de sesiones prácticas de dos días - ocho semanas)

Análisis de una muestra problema sencilla (un componente). Dos semanas.

Se entregará a cada estudiante una muestra un componente para la evaluación preliminar, purificación e identificación del componente principal de la misma. Mediante un análisis detallado que comprende pruebas de solubilidad y características físicas y químicas, el estudiante propondrá una metodología de purificación para el componente mayoritario y finalmente lo identificará mediante análisis elemental, pruebas de clasificación, reconocimiento de grupos funcionales y preparación de derivados que permitan el descarte en una posible lista de compuestos probables.

Análisis de una muestra problema compleja (tres ó cuatro componentes). Seis semanas.

Se entregará a cada estudiante una muestra de 3 o 4 componentes para la evaluación preliminar, separación e identificación de los componentes de la misma. Mediante un análisis detallado que comprende pruebas de solubilidad y características físicas y químicas, el estudiante propondrá un esquema de separación eficiente para obtener cada uno de los componentes de la muestra, planteará una metodología de purificación para cada uno y finalmente los identificará mediante análisis elemental, pruebas de clasificación, reconocimiento de grupos funcionales y preparación de derivados que permitan el descarte en una posible lista de compuestos probables.

EVALUACION:

BLOQUE A: Constituye el 40% de la calificación definitiva de la asignatura y se distribuye como sigue:

Examen corto semanal antes de cada seminario: 40%

Cuaderno, reporte, Informe: 40%

Seminarios: 10%

Apreciación: 10%

Los exámenes cortos, además de contemplar los conocimientos específicos en química orgánica, relacionados con la síntesis que corresponda, contendrán preguntas de aspectos de seguridad y manejo de situaciones de riesgo en el laboratorio. Los exámenes cortos se llevarán a cabo al inicio de la primera sesión práctica en cada semana. El estudiante que repruebe esta prueba (con una nota inferior a diez puntos) pierde el derecho a toda evaluación posterior correspondiente a esa práctica y queda a criterio del profesor permitir o no la realización de la práctica por parte del estudiante reprobado.

BLOQUE B: Constituye el 60% de la calificación definitiva de la asignatura y se distribuye como sigue:

Examen corto semanal* antes de cada seminario: 25%

Cuaderno, reporte semanal o quincenal de avance: 40%

Informe Final 15%

Seminarios: 10%

Apreciación: 10%

* Para algunas de las sesiones semanales la prueba corta se sustituirá por tareas o asignaciones para la casa, reduciendo esto el valor porcentual de su promedio junto con las pruebas cortas a un 25 % de la evaluación. El 40% correspondiente a informes cuadernos y reportes, para este bloque contemplará, el cuaderno, los informes de resultados parciales al final cada etapa de avance como por ejemplo:

Muestra sencilla: (i) Informe de análisis preliminar y comportamiento de solubilidad.
(ii) Reporte de metodología de purificación, medición de propiedades físicas y determinación de grupos funcionales. El Informe final con tabla de posibles compuestos, criterios de descarte en términos de grupos funcionales y otras propiedades y preparación de derivados, corroborando la identidad del compuesto.

Muestra compleja: (i) Informe de número de componentes y clasificación en grupos de solubilidad. (ii) Informe de esquema de separación y metodología de purificación. (iii) Reporte de grupos funcionales y propiedades físicas medidas para cada uno de los componentes de la muestra. El Informe final complementa la calificación total de las seis semanas de la muestra compleja.

Los exámenes cortos se harán sobre los conocimientos que deberá tener el estudiante para la evaluación de su muestra problema, pruebas de clasificación, pruebas de identificación, estrategias de análisis y aspectos de seguridad dentro del laboratorio.

Los temas de los seminarios contemplarán todos los aspectos metodológicos que se hagan necesarios para el análisis de muestras orgánicas y otros tópicos de interés que el docente considere conveniente como el uso de herramientas espectroscópicas y la determinación de propiedades físicas diferentes a temperaturas de ebullición y fusión, que resulten de ayuda en el descarte de posibles compuestos.

El tópico a cubrir cada semana en el seminario les será notificado oportunamente a los estudiantes. Los exámenes cortos a realizar se llevarán a cabo en la primera sesión de prácticas de la semana que corresponda.

**La calificación Final en el Bloque B consta de un 25% correspondiente a la nota obtenida en el análisis de la muestra sencilla y un 75% correspondiente al análisis de la muestra compleja.

DEL COMPORTAMIENTO EN EL LABORATORIO:

No está permitido*:

1. La presencia sobre los mesones de trabajo, ni el uso de teléfonos celulares durante la realización de pruebas cortas, durante el seminario o en las prácticas. De ser necesario su uso se hará fuera del laboratorio.
2. Consumir alimentos, bebidas o medicamentos de ninguna naturaleza durante las sesiones de prácticas.
3. La realización de la práctica con vestimenta inadecuada. Debe evitarse el uso de sandalias, faldas, bermudas o vestimenta que exponga la piel. El uso de la bata y los lentes de seguridad es obligatorio. El uso de guantes es aconsejable.
4. Trabajar con cabellos largos sueltos
5. Visitas de personas ajenas al laboratorio durante la realización de las prácticas
6. Sacar reactivos, muestras o fracciones de la muestra problema después de la sesión de practicas, tampoco conservar la llave de la gaveta después de culminada la sesión semanal.

Reciclaje de poli(etilentereftalato) (PET Ó PETE)

Breve descripción de la práctica: Se llevará a cabo el reciclado químico de botellas de PET (botellas de agua mineral, por ejemplo) realizando una hidrólisis básica del polímero. El ácido tereftálico obtenido se aislará del medio de reacción mediante una extracción líquido-líquido y posterior acidificación.

Reacciones y conceptos:

• Hidrólisis de ésteres.
• Acidez de ácidos carboxílicos.
• Relación solubilidad-estructura.
• Reciclado químico de polímeros.

Reacciones y conceptos:

• Calentamiento a reflujo.
• Extracción líquido-líquido.
• Filtración a vacío.

Procedimiento experimental:

En un balón de 100 mL se añaden 20 mL de pentanol, 5 g (0,026 mol equiv de éster) de PET (en trozos de 5x5 mm o más pequeños) y 4,4 g (0.0395 mol) de KOH y se inicia el calentamiento a reflujo de la mezcla de reacción. Al cabo de unos minutos, se observará la formación de una fina suspensión de color blanco (tereftalato de potasio); si ello impidiera la agitación, se deberá añadir más disolvente. Después de una hora a reflujo, se enfría la mezcla de reacción hasta temperatura ambiente y se añaden 25 mL de agua, agitando hasta la completa disolución del tereftalato de potasio.
La solución se transfiere a un embudo de decantación de 250 mL, teniendo cuidado de que no caiga ningún trozo de PET que haya podido quedar sin reaccionar (si se considera necesario se puede filtrar previamente, pero conviene tener en cuenta que la filtración de agua-pentanol puede ser muy lenta). Se separa la fase acuosa, que se reserva en un erlenmeyer, y se extrae la fase orgánica con 15 a 20 mL de agua. Las fases acuosas combinadas se acidifican con ácido clorhídrico concentrado (conviene hacer la adición lentamente para evitar que se formen cristales de ácido tereftálico demasiados finos que dificultarían la posterior filtración) y el ácido tereftálico así obtenido se separa por filtración a vacío. El filtrado se lava 2 veces con 5 mL de agua fría y el sólido se deja en el desecador hasta el día siguiente.
Calcule el rendimiento del proceso, mida el punto de sublimación del ácido tereftálico obtenido y compare el dato con el que se recoge en la bibliografía. Compruebe que el producto obtenido no es PET a partir del valor del punto de fusión del polímero.

Cuestiones y actividades:

1. Formule la reacción de hidrólisis del PETE.
2. ¿Por qué se hace la reacción en n-pentanol y no en agua?

Bibliografía:

• Don Kaufman, Geoff Wright, Ryan Kroemer, and Josh Engel, J. Chem. Ed., 1999, 76, 1525-1526.