Cuestionario previo

(a) Fundamentos de estereoquímica.

La estereoquímica es el estudio de la estructura tridimensional de las moléculas. Los estereoisómeros tienen la misma secuencia de enlace, pero difieren en la orientación de sus átomos en el espacio. Las diferencias relacionadas con la orientación espacial podría parecer intrascendente, pero a menudo los estereoisómeros presentan propiedades físicas, químicas y biológicas notablemente distintas. Los estereosiómeros se pueden representar en papel por medio de proyecciones de Fisher, lo cual ayuda a una fácil interpretación de la molécula. Otras proyecciones incluyen las Proyecciones de Newman.

Estereoisómeros: Son moléculas que tienen las mismas conexiones átomo a átomo, pero difieren en la orientación espacial de los mismos.

Enantiómeros: Son estereoisómeros de imagen especular no superponible (cada uno es la imagen especular del otro, pero no pueden superponerse en el espacio)

Diasteroisómeros: Lo opuesto a los enantiómeros: estereoisómeros que no tienen una imagen especular entre ellos.

La estereoquímica fue uno de los avances más importantes de la teoría estructural de la química orgánica. La cual explicó por qué existen diversos tipos de isómeros, y obligó a los científicos a proponer el átomo de carbono tetraédrico

(b) Concepto de isomería geométrica cis/trans y E/Z

Es la denominación clásica de un tipo de isomería que se produce a causa de la situación de los sustituyentes a uno y otro lado de un plano molecular.

Hay dos clases de moléculas con planos fijos: las que tienen enlaces dobles y las cíclicas. El enlace doble no tiene rotación y forma un plano con dos carbonos participantes.

En la representación al margen el plano C=C es perpendicular al papel: tanto A y B como Y y Z están arriba y debajo de dicho plano. Los compuestos (a) y (b) son diferentes y sus estructuras no son superponibles en el espacio, es decir en representación tridimensional.

La existencia de un plano en los compuestos cíclicos se debe a la estructura rígida del esqueleto de carbonos:

El plano de los anillos del ciclobutano es perpendicular al del papel. Los compuestos (a) y (b) son diferentes puesto que sus estructuras espaciales no son superponibles. Para que puedan existir estos isómeros es suficiente y necesario que, en cada uno de los carbonos sustituidos (causantes de la isomería) los átomos o grupos enlazados sean diferentes entre sí.

Ejemplo

En las representaciones anteriores podemos ver que cuando el anillo se representa en un plano perpendicular al plano de papel, los lados que están hacia el lector se representan en trazo grueso. Cuando el anillo se representa en el mismo plano de papel, los enlaces que van hacia atrás se representan a trazos (---) y los que van hacia delante con una línea gruesa creciente ( )

Los isómeros se distinguen con los prefijos cis y trans. Cuando los sustituyentes mayores de cada carbono están al mismo lado del plano es el isómero cis; si están en lados opuestos, es el trans (En latin, cis significa “de esta parte y trans “de la parte alejada). Mas modernamente se utilizan las letras Z (zusammen= juntos) y E (entgege= contrarios), adoptadas por la IUPAC. En general, ambas nomenclaturas se usan indistintamente.

Mecanismo de reacción de isomerización.

Un mecanismo de reacción consiste en la descripción detallada tan minuciosa como sea posible de la secuencia de cambios en las posiciones de los núcleos y de los electrones que tienen lugar como consecuencia de la transformación de los reactantes en productos. Para proponer y sacar conclusiones acerca de un mecanismo de reacción es preciso disponer de tanta información como sea posible:

a) la estructura de todos los reactivos y de todos los productos,b) la estequiometría de la reacción,c) la cinética de la reacción,d) la estereoquímica de la reacción,e) la correlación entre reactivos, estructura y reactividadf) la correlación entre el disolvente y la reactividad,

Una reacción de isomerización es una reacción en la cual se interconvierten especies que tienen la misma fórmula molecilar pero diferente estructura. Una isomerización difiere de una transposición en cuanto a que el esqueleto carbonado permanece intacto, pero cambia la disposición de los sustituyentes o grupos funcionales en el espacio. En una isomerización las fórmulas moleculares del reactivo y del producto son siempre iguales, en una transposición pueden ser idénticas o diferentes.

Por ejemplo:

Propiedades físicas y químicas de reactivos, intermediario y producto.

Intermediarios de reacciónEn las reacciones químicas, los enlaces pueden romperse y formarse ya sea de manera simultánea o mediante etapas. En la ruptura y formación simultánea de enlaces no hay un intermediario de la reacción; son reacciones en las que de manera concertada: sincrónica, simultáneamente se rompen y forman los enlaces, por lo que entre reactivos y productos la única especie que se puede postular es el estado de transición. Este tipo de transformación se denomina proceso elemental.La mayoría de las reacciones orgánicas no son procesos simples de una etapa con un solo estado de transición sino que implican generalmente

algún tipo de compuesto intermedio. En estas reacciones hay una sucesión de procesos elementales, cada uno de los cuales tiene su propio estado de transición. El intermediario es una especie que, siendo a menudo de alta energía, se forma durante el transcurso de la reacción pero con todos sus enlaces intactos lo que lo diferencia de un estado de transición, el cual presenta al menos un enlace parcialmente roto ó parcialmente formado.Tipos de intermediarios: radicales libres, iones carbonio (o carbocationes) carbaniones. y carbenosLos intermedios de reacción son especies químicas de vida corta y muy reactivas, presentes en el medio de reacción en muy bajas concentraciones porque reaccionan tan rápidamente como se forman.Cuando se pueden formar varios intermediarios de reacción el más estable será el que controle la velocidad de reacción y los productos de la reacción.Por esta razón, a partir del estudio de los productos obtenidos en diversas reacciones orgánicas, se proponen los posibles intermediarios de reacción que han podido intervenir, se compara su estabilidad y se explica ésta gracias a la aplicación de conceptos como: el efecto inductivo la resonancia la hiperconjugaciónConocida la estabilidad de los diferentes intermediarios de reacción, se pueden predecir los productos de reacción que se formarán en las reacciones químicas orgánicas.ÁCIDO CLORHIDRICO

AGUA

Reactivos de reacción.Las propiedades de las sustancias químicas dependen fundamentalmente de tres aspectos: el número y tipo de átomos o elementos que las constituyen, de los enlaces que los unen y de la disposición espacial de los átomos en el espacio.Existen tres tipos de reactivos:

Radicales libres. Reactivos nucleófilos. Reactivos electrofilos. Radicales libres. Son especies químicas que tienen átomos con

electrones desapareados. Se forman en la reacciones con ruptura homolítica.

Reativos nucleófilos. Tienen uno o más pares de electrones libres (bases de Lewis). Atacan a partes de molécula con deficiencia de electrones. Ejemplo:

Reativos electrófilos. Tienen orbitales externos vacíos (ácidos de Lewis). Atacan a zonas con alta densidad electrónica (dobles o triples enlaces).Ejemplo:

ANHIDRIDO MALEICO

Productos de la reacción.Los productos de una reacción son los químicos que se forman de la separación y reacomodo de los reactivos. Se muestran del lado derecho de la ecuación de la reacción. Generalmente son moléculas más estables que los reactivos.ÁCIDO FUMÁRICO

(c) Como se efectúa una cristalización

La cristalización es una de las técnicas más utilizadas para la purificación de sustancias sólidas. Se basa en el hecho de que la mayoría de los sólidos son más solubles en un disolvente caliente que en frio, debido a la dependencia del producto de solubilidad de la temperatura.

El método consiste en disolver el sólido que se va a purificar en el disolvente caliente (generalmente a ebullición}, la mezcla se filtra en caliente para eliminar las impurezas insolubles y entonces se deja enfriar la disolución para que se produzca la cristalización. Así las impurezas solubles quedan en las aguas madres. Por último los cristales se separan por filtración y se dejan secar. El proceso se repite hasta que la sustancia cristalizada sea completamente pura, por lo cual se comprobara determinando el punto de fusión.

Metodología

Bibliografía

En un matraz bola de fondo plano de 25 mL se coloca 1 g de anhídrido maleico y se adicionan 2 mL de agua caliente, se coloca

la barra de agitación magnética

Se agregan poco a poco y con mucho cuidado 2.5 mL de ácido clorhídrico concentrado.

Se coloca el refrigerante en posición de reflujo y se calienta a ebullición

durante 20 minutosLos cristales de ácido fumárico se van formando en el seno de la reacción, poresta razón se debe de controlar el calentamiento para evitar proyecciones bruscas.

Terminado el tiempo de reflujo, se quita el calentamiento y se deja enfriar un poco el matraz de reacción

Una vez que este tibio el matraz dereacción se lleva a cabo lacristalización del producto, para lo cual se utilizará agua como disolvente ideal.

Una vez que esté seco el compuesto obtenido se pesa y se calcula el rendimiento de la reacción y el punto de fusión

de reactivo y producto.

Química orgánica básica y aplicada, de la molécula a la industria, Eduardo Primo Yufera, Editorial reverte 1996, Valencia.

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1. Explique, ¿en qué consiste una extracción sólido-líquido?

Consiste en aprovechar las solubilidad del compuesto de interés en un solvente y se utiliza cuando la sustancia deseada se encuentra dentro de un sólido, sin

embargo el líquido que se seleccione para dicha extracción no debe de solubilizar los demás componentes presentes en la muestra, únicamente la sustancia de interés. Puede ser por ejemplo la extracción continua en soxhelt, o la extracción directa a reflujo.

2. ¿En qué casos conviene emplear un método de extracción continua?

3. ¿A qué se le llama destilación por arrastre con vapor?

Cuando una sustancia contiene un componente volátil mezclado con otros compuestos no volátiles se lleva a a cabo una vaporización selectiva del compuesto a través de un flujo de vapor que se inyecta al interior de la mezcla, este vapor cede su calor latente a los compuestos de dicha mezcla lo cual causa su vaporización

4. ¿Qué son los aceites esenciales? Dé tres ejemplos con sus respectivas estructuras.

Son mezclas de varias sustancias químicas biosintetizadas por plantas, que dan el aroma característico de algunas flores, arboles, frutos, hierbas, especias y ciertos extractos de origen animal.

Son productos químicos intensamente aromáticos, no grasos, volátiles y poco densos. Son insolubles en agua, levemente en vinagre y solubles en alcohol, grasas, ceras y aceites vegetales. Se oxidan por exposición al aire.

Eugenol (esencia de clavo)

Aldehído cinámico (esencia de canela)

R-limoneo y S-limoneo (Esencia de cítrico)

5. Describa el proceso de extracción continua en Soxhlet y sus características.

Es un método de extracción continuo que se utiliza para materiales sólidos .Consiste en colocar el material a extraer, previamente molido y pesado, en un cartucho de celulosa que se introduce en la cámara de extracción, conectada por una parte a un balón se calienta a ebullición, un refrigerante. El disolvente contenido en el balón se calienta a ebullición, el vapor asciende por el tubo lateral y se condensa en el refrigerante, cayendo sobre el material. Cuando alcanza el nivel conveniente sifona por el tubo regresando al balón. El proceso se repite hasta conseguir el agotamiento deseado del material

6. ¿En qué consiste el llamado “método directo” y en qué casos se emplea?

En esta técnica se coloca en el mismo matraz la muestra a la que se le desea extraer el producto y el agua que genera el vapor, se eleva la temperatura hasta ebullición y en este caso el vapor generado y el aceite esencial se condensan y forman una mezcla que es separada posteriormente por algún método de extracción para obtener el producto deseado

7. ¿En qué consiste la hidrodestilación?

“Es el proceso para obtener el aceite esencial de alguna materia prima vegetal mediante el uso del vapor saturado a presión atmosférica”. La materia prima vegetal es cargada de un hidrodestilador, de manera que forme un lecho fijo compactado. Su estado puede ser molido, cortado, entero o la combinación estos. El vapor de agua es inyectado con la presión suficiente para vencer la resistencia hidráulica del lecho. El vapor entra contacto con el lecho, para calentar la materia prima y liberar el aceite esencial contenido, a su vez, se evaporara, debido a su alta volatilidad. La mezcla, vapor saturado y aceite fluye hacia un condensador, se obtiene un extracto líquido, el cual posteriormente se recolecta y se le da el tratamiento requerido. Es uno de los procesos de extracción más comunes para la obtención de esencias vegetales.

8. ¿Qué es lo que dice la Ley de Dalton?

Cuando se colocan en un recipiente varios gases que no reaccionan entre sí, las partículas de cada gas chocan contra las paredes del recipiente, independientemente de la presencia de otros gases.

“la presión total de una mezcla de gases, es igual a la suma de las presiones parciales de los gases que la componen”

Ptotal=P1+P2+P3….+Pn