Transposición de anhidrido maleico a ácido fumárico

PRÁCTICA 11. “ISOMERÍA GEOMÉTRICA.
TRANSPOSICIÓN DE ANHIDRIDO MALEICO A ÁCIDO FUMÁRICO”


INTRODUCCIÓN
Una de las formas de estereoisometría es la isomería geométrica. La isomería geométrica desde un punto de vista mecánico, se debe en general a que no es posible la rotación libre alrededor del eje del doble enlace. Es característica de sustancias que presentan un doble enlace y seproduce cuando hay dos carbonos unidos con doble enlace que se encuentran unidos con los mismos sustituyentes (2 pares) o con dos iguales y uno distinto. En este caso se realizara el estudio de la isomería geométrica en el laboratorio mediante una de demostración experimental con la reacción de isomerización del ácido maleico a ácido fumárico catalizada por un ácido mineral. La reacción de estudio enesta práctica es la que se muestra a continuación:

Las ventajas principales que presenta esta reacción son dos:
1.- Es una reacción lo suficientemente rápida y
2.- debido a que los componentes A y B tienen propiedades físicas marcadamente distintas, la medición de algunas de estas propiedades, permite establecer hipótesis relativas a la estabilidad, estructura y/o configuración de lasmoléculas involucradas. Simultáneamente, el estudiante aprende y aplica una conjunto de técnicas de uso habitual en el laboratorio.
A pesar de que ambas moléculas difieren únicamente en el arreglo espacial de sus sustituyentes respecto a la doble ligadura carbono – carbono, posen propiedades físicas apreciables y que pueden ser de utilidad si se requiere el aislamiento individual de cada uno de losisómeros geométricos. A continuación se encuentra una tabla comparativa entre las propiedades de ambas sustancias:

Nombre | Ácido maleico | | Nombre | Ácido fumarico |
Formula condensada | C4H4O4 | | Formula condensada | C4H4O4 |
Estado de agregación | Solido | | Estado de agregación | Solido |
Apariencia | Blanco | | Apariencia | Blanco |
Punto de fusión | 403 K | | Punto defusión | 560 K |
Punto de ebullición | 408 K (se descompone) | | Punto de ebullición | 563 K |
Acidez | pKa1 = 1,910 pKa2 = 6,332 | | Acidez | pka1 = 3.03, pka2 = 4.44 |
Solubilidad en agua | 78 g/100 ml (25°C) | | Solubilidad en agua | 0.63 g/100 mL (25°C) |
Masa Molar | 116,1 g/mol | | Masa Molar | 116,1 g/mol |
OBJETIVOS

* Aplicar los conocimientos adquiridos para efectuar unareacción.
* Efectuar la hidrólisis e isomerización del anhídrido maleico (cis) a ácido fumárico (trans) por catálisis ácida.
* Comprobar la isomerización, mediante la comparación de los puntos de fusión de la materia prima y el producto.

DESARROLLO EXPERIMENTAL

Material por alumno

Sustancias y reactivos

PROCEDIMIENTO

En un matraz de pera de 60 mL coloque 1.0 g. de ácido óanhídrido maleico y disuélvalo con 2 mL de agua caliente, agregue poco a poco 2.5 mL de ácido clorhídrico concentrado y agregue cuerpos de ebullición. Coloque el refrigerante en posición de reflujo y caliente a ebullición durante 20 minutos (Notas 1 y 2).

Los cristales de ácido fumárico se van formando en el seno de la reacción, por lo que hay que controlar el calentamiento para evitarproyecciones. Terminado el tiempo de reflujo, apague el mechero, deje enfriar un poco y luego enfríe el matraz con agua y filtre al vacío.

Recristalice el producto crudo, de una solución de ácido clorhídrico al 10 %, filtre al vacío y deje secar.

Pese el producto obtenido y calcule el rendimiento.

Determine el punto de fusión del ácido fumárico comparándolo con el de la materia prima. Para estouse el aparato Fisher-Johns, caliente hasta 150º y observe si funde o no el producto obtenido.

RESULTADOS

* Peso del ácido maleico: 0.48 g
* Punto de fusión del ácido maleico teórico: 131°C
* Punto de fusión del ácido maleico experimental: 45°C – 50°C
* Punto de fusión del ácido fumárico teórico: 286.85°C
* Punto de fusión del ácido fumárico experimental: 225-245°C...