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anales regulados por voltaje[editar ]

Esquema ilustrativo del funcionamiento de un canal iónico regulado por voltaje. El canal se abre ante

la diferencia de potencial trasmembrana, y es selectivo para cierto tipo de iones debido a que el poro

está polarizado y tiene un tamaño similar al del ion.

os canales iónicos abren en respuesta a cambios en el potencial el!ctrico a trav!s de la

membrana plasmática, que tiende a ser una bicapa lip"dica. #u principal función es la

transmisión de impulsos el!ctricos $generación del potencial de acción% debido a cambios

en la diferencia de cargas el!ctricas derivadas de las concentraciones de aniones y

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cationes entre ambos lados de la membrana. as probabilidades de cierre y apertura de

los canales iónicos son controladas por un sensor que puede ser el!ctrico, qu"mico o

mecánico. os canales activados por voltaje contienen un sensor que incluye varios

aminoácidos con carga positiva que se mueven en el campo el!ctrico de la membrana

durante la apertura o cierre del canal. El cambio en la diferencia de potencial el!ctrico en

ambos lados de la membrana provoca el movimiento del sensor. El movimiento del sensor

de voltaje crea un movimiento de cargas $llamado corriente de compuerta% que cambia

la energ"a libre que modifica la estructura terciaria del canal abri!ndolo o cerrándolo.

&lgunos de estos canales tienen un estado refractario conocido como inactivación cuyo

mecanismo está dado por una subunidad independiente de aquellas responsables de la

apertura y cierre.

Canales de sodio (Na+)[editar ]

a fase de la rápida despolarización del potencial de acción de las c!lulas nerviosas y

musculares $esquel!ticas, lisas y card"acas% y, en general, de las c!lulas e'citables,

depende de la entrada de (a) a trav!s de canales activados por cambios de voltaje. Esta

entrada de (a) produce una despolarización del potencial de membrana que facilita, a su

vez, la apertura de más canales de (a) y permite que se alcance el potencial de equilibrio

para este ion en *+ mseg. -uando las c!lulas se encuentran en reposo, la probabilidad de

apertura de los canales de (a) es muy baja, aunque durante la despolarización produzca

un dramático aumento de su probabilidad de apertura.

Canales de potasio (K+)[editar ]

os canales de /) constituyen el grupo más 0eterog!neo de prote"nas estructurales de

membrana. En las c!lulas e'citables, la despolarización celular activa los canales de /) y

facilita la salida de /) de la c!lula, lo que conduce a la repolarización del potencial de

membrana. &demás, los canales de /) juegan un importante papel en el mantenimiento

del potencial de reposo celular, la frecuencia de disparo de las c!lulas automáticas, la

liberación de neurotransmisores, la secreción de insulina, la e'citabilidad celular, el

transporte de electrolitos por las c!lulas epiteliales, la contracción del m1sculo liso y la

regulación del volumen celular. 2ambi!n e'isten canales de /)

cuya activación esindependiente de cambios del potencial de membrana que determinan el potencial de

reposo y regulan la e'citabilidad y el volumen e'tracelular. a mosca

del vinagre $Drosophila melanogaster % 0a sido la clave que nos 0a permitido conocer la

topolog"a y la función de los canales /). a identificación del primer canal de /) fue la

consecuencia del estudio electrofisiológico del mutante Shaker de la D. melanogaster ,

denominada as" porque presenta movimientos espasmódicos de las e'tremidades al ser

anestesiada con!ter . 3na función importante de los canales de /) es la activación

linfocitaria en la respuesta inmune del organismo.

Canales de calcio (Ca2+)[editar ]

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En las c!lulas en reposo, la concentración intracelular de -a) es 4.444 veces menor que

su concentración en el medio e'tracelular5 por otro lado, el interior celular es

electronegativo $+64 a +4 m7%, es decir, que e'iste un gradiente electroqu"mico que

favorece la entrada de iones -a) en la c!lula. #in embargo, en una c!lula en reposo, la

membrana celular es muy poco permeable al -a), por lo que la entrada del mismo a favor

de este gradiente es reducida. &0ora bien, durante la activación celular, la concentración

intracelular de -a) aumenta como consecuencia de la entrada de -a) e'tracelular a

trav!s de la membrana, bien a trav!s de canales voltaje+dependientes. a entrada de

-a) a trav!s de los canales voltaje+dependientes de la membrana celular participa en la

regulación de numerosos procesos biológicos8 g!nesis del potencial de acción y la

duración de !ste, acoplamiento e'citación+contracción, liberación

de neurotransmisores, 0ormonas y factores de crecimiento, sinaptog!nesis, osteog!nesis,

procesos dediferenciación celular , 0ipertrofia y remodelado, entre otros.

Canales de cloruro (Cl-)[editar ]

os canales de -l+ juegan un muy importante papel en la regulación de la e'citabilidad

celular, el transporte transepitelial y la regulación del volumen y del p9 celulares y pueden

ser activados por cambios de voltaje, ligandos endógenos $-a, &:;c, prote"nas

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un cambio en la energ"a libre y cambia la conformación de la prote"na abriendo el canal.

os ligandos regulan la apertura de canales de los receptores.> Estos canales son

llamados ligando dependientes y son importantes en la transmisión sináptica. os canales

ligando dependientes tienen dos mecanismos de abertura8

• por unión del neurotransmisor al receptor asociado al canal $receptores

ionotrópicos, receptores activados directamente%5

• por unión del neurotransmisor al receptor que no está asociado al canal. Esto

provoca una cascada de eventos enzimáticos, una vez que la activación de prote"nas

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REACCIONES DE SUSTITUCIÓNELECTROFÍLICA AROMÁTICANitración de benzoato de metilo

REACCIONES DE SUSTITUCIÓN ELECTROFÍLICA AROMÁTICAREACCIONES DE SUSTITUCIÓN ELECTROFÍLICA AROMÁTICANitración de benzoato de metiloNitración de benzoato de metilo

OBJETIVOS

Conocer una reacción de sustitución electrofílica aromática y aplicar los

conceptos de la sustitución al desarrollo experimental de la nitración

del benceno.

Utilizar las propiedades de los grupos orientadores a la posición meta

del anillo aromático para sintetizar un derivado disustituido.

ANTECEDENTES

Propiedades físicas, químicas y toxicidad de los reactivos y productos

Ácido nítrico:

Masa molar: 63,01 g/mol

Densidad: 1,51 g/cm³

Punto de ebullición: 83 °C

Punto de fusión: -42 °C

Solubilidad en agua: Miscible

El ácido nítrico es un líquido cuyo color varía de incoloro a amarillo pálido, de

olor sofocante. Es un líquido viscoso, corrosivo y tóxico que puede ocasionar

graves quemaduras en los seres vivos. El ácido nítrico es un agente oxidante

potente; sus reacciones con compuestos como los cianuros, carburos, y polvos

metálicos pueden ser explosivas. El ácido nítrico se descompone con cierta

facilidad, generando óxidos de nitrógeno.Salud: 3. Inflamabilidad: 0 Reactividad: 0.

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Ácido sulfúrico:

Peso molecular: 98 g/mol.

Densidad: 1.84 g/mL (98%).

Punto de ebullición: 274ºC.

Punto de fusión: 3ºC.

Líquido aceitoso incoloro o café. Inodoro, pero concentrado es sofocante e

higroscópico. Soluble en agua. Grados de NFPA: Salud: 3 Inflamabilidad: 0

Reactividad: 2. Reacciona violentamente con agua. Corrosivo, puede causar

quemaduras y perforaciones de órganos en exposición.

Benzoato de metilo:

Peso molecular: 136.15 g/mol.

Densidad: 1.094 g/mL (98%).

Punto de ebullición: 199.6ºC.

Punto de fusión: -12.5ºC.

Es un líquido incoloro y oleoso con un olor agradable y afrutado. Se utiliza en

perfumes y como disolvente. Puede irritar la nariz, la garganta y pulmones por

inhalación. Puede causar alergia en la piel. Grados de NFPA: Salud: 0

Inflamabilidad: 2 Reactividad: 0. Combustible, al incendiarse produce gases

tóxicos.

3-nitrobenzoato de metilo:



Punto de fusión: 78-80ºC.Insoluble en agua

Polvo cristalino color beige o amarillo pálido. Puede causar irritación de los

ojos, la piel, del tracto digestivo o respiratorio. Grados de NFPA: Salud: 1

Inflamabilidad: 0 Reactividad: 0.

Metanol:


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Densidad: 0.7918 g/mL (98%).


Punto de fusión: -97ºC.

Muy soluble en agua

Líquido ligero o de baja densidad, incoloro, inflamable y tóxico. Puede causar

dolor de cabeza, mareo, náuseas, vómitos y hasta la muerte. Por una

exposición crónica puede causar cirrosis y por una exposición aguda puede

causar ceguera. Grados de NFPA: Salud: 3 Inflamabilidad: 3 Reactividad: 0.

a)Sustitución electrofílica aromática: nitración.

Sustitución electrofílica aromática: La reacción más importante de los

compuestos aromáticos es la sustitución electrofílica aromática. Esto es, un

electrófilo (E+) reacciona con un anillo aromático y sustituye uno de los

hidrógenos. Mediante este tipo de reacción es posible anexar distintos

sustituyentes al anillo aromático. Se lo puede halogenar (sustituir con

halógeno: F, Cl, I, Br, At), nitrar (sustituir por un grupo nitro: NO2), sulfonar

(sustituir por un grupo ácido sulfonico SO3H), alquilar (sustituir por un grupo

alquilo:-R), etc.

Reacción general: ArH + EX → ArE + HX

Nitración: La nitración es un proceso químico general para la introducción de

un grupo nitro en un compuesto químico mediante una reacción química.

Nitración aromática: Los anillos se pueden nitrar con una mezcla de ácido

nítrico y ácido sulfúrico concentrados .Se piensa que el electrófilo es el ion

nitronio, NO2+, que se genera del ácido nítrico, por protonación y perdida de

agua.

b) Efecto de los grupos sustituyentes en el anillo en una reacción desustitución electrofílica aromática.

Algunos sustituyentes hacen al anillo más reactivo frente a la sustitución

aromática electrofilica que el benceno y otros lo hacen menos reactivo que el

benceno. Los sustituyentes que donan electrones al anillo de benceno

estabilizan al intermediario carbocation y el estado de transición,

incrementando la rapidez de la sustitución, estos son llamados sustituyentes

activadores.

Los sustituyentes que retiran electrones del anillo de benceno, desestabilizan

el intermediario y el estado de transición, disminuyendo la rapidez de la

sustitución, estos son llamados sustituyentes desactivadores.

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Efecto de los sustituyentes en la reactividad del anillo de bencenoen la sustitución electrofilica.

Sustituyentes

activantes -NH2

-NHR-NR2-OH-OR

-NHCOR-OCOR-R-Ar

-CH=CHR

activadoresfuertes

activadoresmoderados

activadoresdébiles

Directoresorto/para

Estándar de comparación -H

Sustituyentesdesactivantes

-F-Cl-Br-I-CHO-COR-COOR-COOH-COCl-C=N-SO3H-N+H2R-N+R3-NO2

desactivadoresdébiles

desactivadoresmoderados

desactivadoresfuertes

Directores

meta

c) Reactividad del benzoato de metilo hacia la sustitución electrofílica

aromática.

El benzoato de metilo al tener el anillo de benceno un sustituyente de segundo

orden, tiene un grupo carbonilo directamente unido al anillo de benceno, el

grupo carbonilo retira electrones del anillo inductivamente y por resonancia;

por lo cual el benzoato de metilo está desactivado con respecto al ataque de un

electrófilo. El carbocatión más estable se forma cuando el electrófilo es dirigido

a la posición meta, por lo cual es un desactivador moderado director meta que

aumenta la energía de activación.

d) Mecanismo de reacción.

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e) Condiciones experimentales necesarias para realizar la nitración.

La nitración con ácido nítrico requiere ácido sulfúrico como catalizador.

Para generar al electrófilo potente, el ácido sulfúrico protona al ácido nítrico en

su grupo hidroxilo, el cual pierde agua para formar el ion nitronio, el

electrófilo que participa en la nitración.

f) Variación en las condiciones experimentales en una nitración y sus

consecuencias.

La reacción de nitración en caliente, es una reacción lenta y la mezcla caliente

de ácido nítrico concentrado con cualquier material oxidable, puede estallar

durante el calentamiento.

Si no se controla la reacción a temperaturas bajas, puede ocurrir una segunda

nitración produciendo una sustitución meta como producto principal.

g) Ejemplos de agentes nitrantes.

Los agente nitrantes son complejos ya que poseen valencia residual muy

pronunciada, es decir, aceptan electrones por nitrógeno y electrones

compartidos por los átomos de oxígeno, en la estabilización después de la

nitración se separa un ácido, que contiene el grupo NO2 formando parte del

complejo lábil activo. Un compuesto lábil es aquél que se puede transformar en

otro compuesto de mayor estabilidad.

Algunos agentes son los siguientes:

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Ácido nítrico

Mezclas nitrantes, por ejemplo, ácido nítrico mezclado con un agente

deshidratante como el ácido sulfúrico, anhídrido acético, pentóxido de

fósforo

Nitratos alcalinos en presencia de ácido sulfúrico

Nitratos orgánicos como nitratos de acetilo de benzoilo

Nitratos metálicos con ácido acético como los nitratos cúprico, férrico y

de aluminio.

Tetraóxido de nitrógeno

Anhídrido nítrico

Dióxido de nitrógeno

DESARROLLO

Agregar 2.5mL de

HNO3(c) en un

Erlenmeyer de 50mL

con parrilla de

agitación y agitador.

antener la ! en 0º"

con #a$o de %ielo.

Agregar 3g

de #en&oatode metilo 'inue la ! 'u#a

m' de *0º".

Adicionar lento 5mL de

de H2+O,(c) con

agitación cte. y con !

entre 5 y *0º"

Lle-ar la

reacción a !.

am#iente

durante *5minLuego pa'ar la

me&cla de

reacción a un-a'o de ppdo. de

50mL con 25g de

%ielo.

iltrar el 'ólido al

-ac/o y la-arlo con

agua %elada y luegodo' la-ado' agua

metanol 1r/o'.

!omar una mue'tra

para punto de 1u'ión

del producto crudo.

ecri'tali&ar con metanol

el re'to del prod. crudo y

determinar rendimiento y

p1.

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RESULTADOS

Masa inicial de benzoato de metilo: 3.004 g

Masa obtenida de dibenzofenona: 3.187 g

Punto de fusión del producto crudo: 73-76ºC

Punto de fusión del producto puro: 77-78ºC

Rendimiento:

Para un 100% de rendimiento se obtendría: 3.004g * 181.15g/mol / (136.15

g/mol) = 3.997g

3.187g * 100/ 3.997g =79.73% de rendimiento.

CUESTIONARIO

1.Explique la formación del ión nitronio a partir de la mezcla

sulfonítrica.

Mediante la reacción entre ácido nítrico y sulfúrico:

2.¿Por qué es importante controlar la temperatura de la mezcla de

reacción?

Para evitar la polinitración del anillo aromático, ya que pueden producirse

compuestos con una gran inestabilidad y con riesgo de explosión. A bajas

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temperaturas se controla que sólo se sustituya un hidrógeno por un grupo

nitro.

3.¿Por qué el benzoato de metilo se disuelve en ácido sulfúricoconcentrado? Escribe una ecuación mostrando los iones que se

producen.

Porque se produce la hidrólisis del éster:

4.¿Cuál sería la estructura que esperarías del éster dinitrado,

considerando los efectos directores del grupo éster y que ya se

introdujo un primer grupo nitro?

5.¿Cuál será el orden de rapidez de la reacción en la mononitración

de benceno, tolueno y el benzoato de metilo?

Tolueno > benceno > benzoato de metilo.

ANÁLISIS DE RESULTADOS

Por el punto de fusión se logró reconocer al producto obtenido como el 3-

nitrobenzoato de metilo, lo cual indica que se produjo la mono sustitución en

posición meta como se esperaba ya que el benzoato de metilo es undesactivante para la sustitución electrofílica aromática y orientador meta. Esto

indica que se mantuvo correctamente baja la temperatura a la hora de

producir la reacción evitando una poli sustitución peligrosa. El rendimiento

fue relativamente alto (79.7%) lo cual indica que la reacción procedió

correctamente y no hubo pérdidas sustanciales en los lavados, filtración y

recristalización.

CONCLUSIONES

Se logró realizar una nitración de un compuesto aromático mediante unasustitución electrofílica aromática en donde a un compuesto aromático mono

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sustituido de le agregó un grupo nitro. Como se vio en el análisis de

resultados se logró utilizar las propiedades de un grupo orientador a la

posición meta como lo es el benzoato de metilo para obtener el isómero mono

sustituido en posición meta.

FUENTES

o Fessenden, J.R. (1998). Química Orgánica. Iberoamericana. México. Pp

550, 551

o Mc Murry, J. (2006). Química Orgánica. 6ºedicion. Thomson. México.

Pp 867-871

o Wade JR. (1993). Química Orgánica. 2ª edición. Prentice Hall. Mexico.

Pp 769,770,772, 778-780

o Bruice Y. P. (2006). Organic Chemistry. Quinta edición. Prentice Hall.

Estados Unidos. Pp 683-690

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