Práctica 3

1. Manual de Laboratorios de Química Orgánica Ingeniería Pesquera
Realizado: abril de 2008 Quinta revisión: Octubre de 2015
UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL
FRANCISCO DE MIRANDA
ÁREA DE TECNOLOGÍA
PROGRAMA DE INGENIERÍA PESQUERA
LABORATORIO DE QUÍMICA ORGÁNICA
PRÁCTICA N° 3.
ISOMERÍA GEOMÉTRICA
I. OBJETIVO GENERAL
 Obtener isómeros geométricos e identificarlos según sus propiedades.
II. INTRODUCCIÓN
El modelo basado en la hibridación de orbitales, indica que el doble enlace
carbono-carbono cuenta con dos tipos diferentes de enlaces: uno sigma () y
el otro pi (). El enlace  se halla en un plano perpendicular al plano definido
por los enlaces  que unen a cada carbono.
Si un carbono con doble enlace se hace girar 90°, el enlace  pierde su
superposición, porque entonces los ejes de los orbitales p dejan de estar
paralelos para estar perpendiculares, rompiéndose el enlace.
III. FUNDAMENTOS TEÓRICOS
Los enlaces sencillos entre carbonos poseen libre rotación y en consecuencia
no se afectan cuando se hacen girar los grupos unidos a los átomos de
carbono. La unión de dos carbonos por un doble enlace restringe su rotación,
ocasionando un tipo de isomería que se conoce como isómería geométrica
o isómería cis-trans. Por ejemplo, el doble enlace de los ácidos
butenodioicos evitan que giren los extremos de las moléculas, como se ilustra
a continuación:
C
H
HOOC
C
H
COOH
C
H
HOOC
C
COOH
H
Ácido cis - butenodioico Ácido trans - butenodioico
Ácido Maléico Ácido Fumárico
(Z) (E)
Ambos compuestos son isómeros, compuestos diferentes que poseen la misma
fórmula molecular C4H4O4. Para indicar que son isómeros diferentes, se
agregan los prefijos cis (tiene dos grupos carboxilo del mismo lado) y trans
(tiene dos grupos carboxilo en lados opuestos). Estos compuestos difieren
únicamente en el acomodo de sus átomos en el espacio, los isómeros de
este género pertenecen a la clase general de isómeros que se denomina
estereoisómeros.

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Los isómeros cis-trans poseen propiedades físicas diferentes: distintas
temperaturas de fusión y ebullición, y con frecuencia difieren marcadamente
en la magnitud de sus momentos dipolares. Esto se observa en la Tabla 1,
donde se muestran las propiedades físicas de los isómeros geométricos y el
compuesto del cual se obtienen.
Tabla 1. Propiedades físicas del anhídrido maléico y ácidos butenodioicos
Compuesto Fórmula
Temperatura de
fusión (°C)
Temperatura de
ebullición (°C)
Anhídrido
maléico
C4H2O3 53 202
Ácido maléico Cis-HOOCCH=CHCOOH 130 – 131
Ácido fumárico Trans-HOOCCH=CHCOOH 287
Si se realiza una adecuada sustitución en los carbonos doblemente enlazados,
se forman dos isómeros que son unos verdaderos estereoisómeros.
El anhídrido maléico se hidroliza sin dificultad para dar el ácido maléico,
el cual posee la configuración cis, bastante soluble en agua y de bajo punto
de fusión. En presencia de ácido clorhídrico concentrado, el ácido maléico es
fácil de isomerizar en ácido fumárico, el cual posee configuración trans, es
insoluble en agua y funde a alta temperatura.
La isomerización ocurre a través de la adición 1,4 del ácido clorhídrico al
sistema conjugado, formando un intermediario transitorio que por no poseer
doble enlace carbono - carbono puede rotarlo, formándose la estructura trans,
más estable, con eliminación de ácido clorhídrico.
IV. PARTE EXPERIMENTAL
EXPERIMENTO 1. OBTENCIÓN DE ÁCIDO MALÉICO A PARTIR DE
ANHÍDRIDO MALÉICO.
Materiales y reactivos
Materiales: Mechero, dos (2) tubos de ensayo, pinza para tubo de ensayo,
varilla de vidrio, embudo buchner, papel de filtro, vaso precipitado de 600 mL
para baño de hielo, gradilla, tubo capilar, vidrio de reloj.
Reactivos: Anhídrido maléico (C4H2O3), agua (H2O).
Equipos: Bomba de vacío, aparato para determinar puntos de fusión
Electrothermal, plancha de calentamiento.
Procedimiento:
a. Disolver 3.0 g de anhídrido maléico con una pequeña cantidad de agua
en un tubo de ensayo.
b. Hervir 3 mL de agua en otro tubo de ensayo y añadir a la solución
preparada previamente, agitar hasta disolver, calentar un poco.
c. Enfriar la solución en un baño de hielo.
d. Recoger el ácido maléico precipitado empleando un embudo buchner
(Figura 1).

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e. Secar y pesar el precipitado, luego determinar su punto de fusión.
Mostrar al profesor los cristales obtenidos.
Figura 1. Filtración a presión reducida utilizando un embudo buchner,
montado sobre un matraz kitasato. El papel de filtro debe ser de menor
diámetro y estar previamente humedecido.
Reacción:
O
C
C
C
O
O
H2O
C
C
COOH
C
H3
COOH
C
H3
calor
anhídrido maléico ácido maléico
EXPERIMENTO 2. ISOMERIZACIÓN DE ÁCIDO MALÉICO EN ÁCIDO
FUMÁRICO
Materiales, reactivos y equipos
Materiales: Mechero, tubo de ensayo, varilla de vidrio, embudo buchner, papel
de filtro, gradilla, tubo capilar, vidrio de reloj.
Reactivos: Licores madres del experimento 1, ácido clorhídrico (HCl)
concentrado.
Equipos: Bomba de vacío, aparato para determinar puntos de fusión, plancha
de calentamiento.
Procedimiento:
a. A los licores madres del experimento anterior, añadirles 2,5 mL de HCl
concentrado y calentar suavemente la mezcla hasta que comiencen a
separarse los cristales (5 a 10 minutos).
b. Enfriar la mezcla (opcionalmente colocarlo en baño de agua helada),
filtrar los cristales en embudo buchner (Figura 1) y lavarlos con agua
fría.
c. Para secarlos, colocar los cristales (con el papel de filtro) en un vidrio
de reloj y éste a su vez sobre un vaso precipitado de tamaño adecuado
Embudo
Buchner
Matraz
kitasato
A la bomba
de vacío
Trampa
calor

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conteniendo agua hirviendo, cuidando de no fundir los cristales;
pesar y determinar su punto de fusión. Mostrar al profesor los cristales
obtenidos.
Reacción:
HCl (conc.)
calor C
H
C
OH
O
Cl
C
H
C
HO
O H
C
H
HOOC
C
H
COOH
ácido maléico intermediario
Enfriar
+ HCl
C
H
HOOC
C
COOH
H
ácido fumárico
EXPERIMENTO 3. OXIDACIÓN DEL DOBLE ENLACE
Materiales y reactivos
Materiales: Cuatro (4) tubos de ensayo, gradilla, dos (2) goteros.
Reactivos: Solución de permanganato de potasio (KMnO4) al 1%, cristales de
ácido maléico y de ácido fumárico.
Procedimiento:
a. Tomar dos tubos de ensayo, en cada uno de ellos colocar 20 mg de
los ácidos obtenidos en la práctica.
b. Adicionar a ambos tubos 1 mL de la solución de KMnO4.
c. Observar y anotar los resultados.
V. CUESTIONARIO
1. Escriba la ecuación química que representa la reacción entre los ácidos
maléico y fumárico con solución acuosa de KMnO4.
2. Investigar las reacciones de adición de los isómeros geométricos.
3. ¿Por qué los isómeros geométricos presentan puntos de fusión y ebullición
diferentes?
4. ¿Por qué el ácido maléico es soluble en agua, mientras que el ácido
fumárico no lo es?
5. ¿Cuáles son los ensayos químicos que permiten identificar un alqueno en
un laboratorio de química?.
6. Calcule los rendimientos teóricos y porcentaje de rendimiento de los ácidos
obtenidos en la práctica.
+
-

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7. ¿Los ácidos maléico y fumárico presentan actividad óptica?
8. ¿Cuáles son las reacciones químicas cualitativas (o fenómenos observables)
típicas en un ensayo o experimento, que te permiten diferenciar las familias
de compuestos orgánicos?. Dar ejemplos.
VI. BIBLIOGRAFÍA
Dominguez, X. A. Experimentos de química orgánica. Editorial Limusa. México.
1996.
Meislich, H., et al. Química orgánica. Mc Graw Hill. Segunda Edición. Serie
Shawn. España. 1995.
Morrison y Boyd. Química orgánica. Quinta Edición. Iberoamericana, S.A. U.S.A.
1990.