Resonancia. Espectroscopía de enlaces conjugados. PROTOCOLO DISEÑADO PARA REALIZARSE EN LABORATORIO* *SI NECESITA EL DOCUMENTO IMPRÍMALO EN PAPEL

OBJETIVO. Objetivo didáctico. Observar la relación entre la resonancia de dobles enlaces conjugados y las propiedades espectrales (en el visible) de las moléculas orgánicas. Comprender la utilidad de la espectrofotometría para identificar moléculas con grupos cromóforos. Objetivo experimental. Determinar el espectro de absorción en el visible de alcanos y compuestos con dobles enlaces conjugados para compararlos entre sí y relacionarlos con su estructura electrónica. INTRODUCCION. La energía requerida para excitar los electrones s fuertemente enlazados, como en los hidrocarburos saturados, corresponde a la luz ultravioleta (UV) lejana de alta energía, de longitudes de onda (l) menores de 100 nm. En cambio, los alquenos poliinsaturados con enlaces p alternados o conjugados absorben luz en la porción UV cercana y/o visible (VIS) del espectro electromagnético. Estas bandas se producen debido a la absorción de la energía de los fotones de l más larga por los electrones moleculares de valencia, que se excitan y son promovidos a orbitales moleculares vacíos de mayor energía. La alternancia de los enlaces p en un polieno facilita que los electrones de los orbitales p de todos los carbonos sp2 adyacentes puedan aparearse. Esto provoca que cada par de electrones p no se pueda ubicar fijo entre sólo un par de carbonos sp2, por lo que se dice que están deslocalizados. Ya que todos los electrones p pueden encontrarse en orbitales a lo largo de toda la serie de enlaces conjugados de la molécula, dichos electrones poseen la misma energía, por lo que han entrado en resonancia. Los alquenos simples o monoinsaturados absorben luz en l de 180 a 200 nm (DE ~ 160 kcal/mol), mientras que la conjugación de insaturaciones adicionales desplaza la absorción máxima a l más largas. Por ejemplo, el 1,3-butadieno presenta una lmáx a 217 nm. Esta disminución en la energía de absorción de los dienos conjugados se debe a la promoción de un electrón de un orbital p ocupado, de más energía hasta otro orbital p* (excitado) desocupado de menor energía. Por lo tanto, la absorción de un hidrocarburo por arriba de 200 nm en la región UV sugiere resonancia por la presencia de un sistema conjugado de electrones. Conforme aumenta el sistema de enlaces conjugados, o grupo cromóforo de una molécula, lmáx, la resonancia y la magnitud de la absorción de luz (A) también se incrementan, llegando incluso a tener color y a absorber en VIS. Por ejemplo, la vitamina A posee cinco enlaces p conjugados y es amarilla, mientras que el b-caroteno, con once conjugaciones, es rojo oscuro. La forma que presenta el espectro de absorción electromagnética UV/VIS de una substancia química se origina por la relación de A y las longitudes de onda l del intervalo en el que ocurre la absorción de luz por los electrones moleculares, y está regulado por la ecuación de Lambert y Beer: Al = el c l donde Al es la absorbencia de la muestra en cada longitud de onda l, el es el coeficiente de absorción o extinción de luz por la muestra a cada l, c es la concentración de la muestra y l es la longitud del recorrido de la luz (en cm) a través de la muestra. MATERIALES Y EQUIPOS. (En la computadora, deslice el cursor sobre las imágenes de los Espectrofotómetros con el ratón) Artículo Cantidad OK Agitador de vidrio de 5 mm f 1   Agitador magnético ½" x 5/16" 1   Agitador magnético 1" x 3/8" 1   Bisturí 1   Botella lavadora con agua 1   Botella lavadora con etanol 1   Celdas de vidrio de 5 ml 3   Embudo de talle largo 1   Espectrotómetro VISIBLE* 1   Gradilla 1   Mano para mortero 1   Mortero 1   Papel filtro No. 4 1   Parrilla magnética 1   Pipeta Pasteur con bulbo 1   Pipetas serológicas de 1 ml 3   Pipetas serológicas de 10 ml 3   Probeta de 50 ml 1   Tubos de ensaye de 15 ml 3   Vasos de precipitado de 50 ml 4   *Espectrofotómetro Spectronic 20 *Espectrofotómetro Spectronic 20D REACTIVOS Y SUSTANCIAS. Artículo Cantidad OK Etanol absoluto 25 ml   Vitamina A (todo-trans retinol)1 una cápsula de 50,000 UI   b-caroteno (provitamina A)2 una cápsula de 15 mg   Notas: 1. 1 millón de UI equivalen a 0.344 g. M = 328.5 g/mol 2. M = 536.9 g/mol. PROCEDIMIENTO.   Protección OK Anteojos de policarbonato o monogogles   Guantes de nitrilo para solventes orgánicos   Ropa de algodón   Maneje los vapores orgánicos en campana para vapores   No respire los vapores   Baño de ojos disponible   Regadera de seguridad disponible   Extinguidor de polvo químico o CO2 (Tipo ABC)   Lave abundantemente después de usar los reactivos   No vea directamente la lámpara del espectrofotómetro     Experimento OK 1 Revise que las llaves de gas estén cerradas.   2 Revise que las llaves de gas estén cerradas.   3 Revise que las llaves de agua estén cerradas.   4 Revise que las llaves de aire comprimido estén cerradas.   5 Revise que los contactos eléctricos estén libres.   6 Revise que los interruptores eléctricos del laboratorio estén encendidos.   7 Revise que la luz del laboratorio esté encendida.   8 Revise que los extractores de aire estén encendidos.   9 Revise que el etanol absoluto esté en la campana.   10 Revise que la cápsula de vitamina A esté sobre la mesa.   11 Revise que la cápsula de b-caroteno esté sobre la mesa.   12 Arme el soporte universal.   13 Coloque el anillo de hierro en el soporte universal.   14 Colóquese los guantes de nitrilo.   15 Lave el material de vidrio con agua corriente y detergente.   16 Enjuague el material con agua destilada.   17 Seque el material con franela o con papel absorbente.   18 Seque los guantes de nitrilo con franela o con papel absorbente.   19 Colóquese los monogógles.   20 Conecte el espectrotómetro a la toma de corriente eléctrica.   21 Encienda el espectrotómetro para precalientamiento de 30 minutos.   Soluciones.   22 Conecte la parrilla magnética.   23 Tome un vaso de precipitados de 50 ml.   24 Etiquete el vaso de 50 ml con el nombre vitamina A.   25 Tome un mortero.   26 Coloque una cápsula de vitamina A en el mortero.   27 Tome un bisturí.   28 Con en bisturí corte la cápsula de vitamina A en el mortero.   29 Limpie el bisturí.   30 Encienda la campana de extracción.   31 Coloque una probeta graduada de 50 ml dentro de la campana.   32 Destape el frasco de etanol absoluto.   33 Dentro de la campana mida 10 ml de etanol con la probeta.   34 Tape el frasco de etanol absoluto.   35 Vierta los 10 ml de etanol en el mortero.   36 Con el agitador de vidrio comprima la cápsula de vitamina A.   37 Vierta la solución de vitamina A/etanol en el vaso de 50 ml.   38 Coloque el vaso vitamina A sobre la parrilla magnética.   39 Introduzca el agitador magnético en el vaso vitamina A.   40 Coloque la probeta graduada de 50 ml dentro de la campana.   41 Destape el frasco de etanol absoluto.   42 Dentro de la campana mida 15 ml de etanol con la probeta.   43 Tape el frasco de etanol absoluto.   44 Apague la campana de extracción.   45 Agregue los 15 ml de etanol absoluto al vaso vitamina A.   46 Agite vigorosamente durante 5 min. para disolver la vitamina A.   47 Retire el vaso vitamina A de la parrilla magnética.   48 Con el espátula retire el agitador magnético del vaso vitamina A.   49 Enjuague y seque el espátula y el agitador magnético.   50 Tome un vaso de precipitados de 50 ml.   51 Etiquete el vaso de 50 ml con el nombre b-caroteno.   52 Tome un mortero.   53 Coloque una cápsula de b-caroteno en el mortero.   54 Encienda la campana de extracción.   55 Coloque una probeta graduada de 50 ml dentro de la campana.   56 Destape el frasco de etanol absoluto.   57 Dentro de la campana mida 10 ml de etanol con la probeta.   58 Tape el frasco de etanol absoluto.   59 Vierta los 10 ml de etanol en el mortero.   60 Con la mano del mortero comprima la cápsula de b-caroteno.   61 Vierta la solución de b-caroteno/etanol en el vaso de 50 ml.   62 Coloque el vaso b-caroteno sobre la parrilla magnética.   63 Introduzca el agitador magnético en el vaso b-caroteno.   64 Coloque la probeta graduada de 50 ml dentro de la campana.   65 Destape el frasco de etanol absoluto.   66 Dentro de la campana mida 15 ml de etanol con la probeta.   67 Tape el frasco de etanol absoluto.   68 Agregue los 15 ml de etanol absoluto al vaso b-caroteno.   69 Agite vigorosamente durante 5 min. para disolver el b-caroteno.   70 Desconecte la parrilla magnética.   71 Retire el vaso b-caroteno de la parrilla magnética.   72 Con el espátula retire el agitador magnético del vaso b-caroteno.   73 Enjuague y seque el espátula y el agitador magnético.   74 Tome un embudo de talle largo.   75 Coloque el embudo de talle largo en el anillo de hierro.   76 Tome un papel filtro.   77 Pliegue el papel filtro.   78 Coloque el papel filtro en el embudo de talle largo.   79 Tome un vaso de precipitados de 50 ml.   80 Etiquete este vaso de 50 ml con el nombre b-caroteno.   81 Coloque el vaso de precipitados de 50 ml bajo el embudo de talle largo.   82 Filtre la solución del vaso b-caroteno a través del embudo de talle largo.   83 Tome un vaso de precipitados de 50 ml.   84 Etiquete el vaso de 50 ml con el nombre etanol absoluto.   85 Coloque una probeta graduada de 50 ml dentro de la campana.   86 Destape el frasco de etanol absoluto.   87 Dentro de la campana mida 10 ml de etanol con la probeta.   88 Tape el frasco de etanol absoluto.   89 Apague la campana de extracción.   90 Vierta los 10 ml de etanol en el vaso etanol absoluto.   Calibración del espectrofotómetro.   91 Coloque el monocromador en l = 350 nm, desplazando de menos a más.   92 Tome una celda de colorimetría.   93 Coloque 5 ml de solución blanco (etanol absoluto) en una celda.   94 Abra la cámara del espectrofotómetro.   95 Limpie la celda con papel higiénico o con una franela limpia.   96 Introduzca la celda en la cámara del espectrofotómetro.   97 Alinie las marcas de la celda y la cámara.   98 Cierre la cámara del espectrofotómetro.   99 Ajuste a 100 %T ó 0.0 de Al con la perilla derecha.   100 Abra la cámara del espectrofotómetro.   101 Extraiga la celda en la cámara del espectrofotómetro.   102 Coloque la celda en la gradilla.   103 Cierre la cámara del espectrofotómetro.   104 Ajuste a 0 %T ó w de Al con la perilla izquierda (cámara vacía).     Determinación del Espectro.   105 Coloque 5 ml de solución de vitamina A en una celda.   106 Coloque5 ml de solución de b-caroteno en otra.   107 Registre Al y %Tl de cada muestra, de 350 nm a 550 nm, cada 10 nm.   108 Calibre a 0.0 de Al ó 100 %Tl con el blanco en cada l diferente.     Epílogo del experimento.   109 Apague el espectrofotómetro.   110 Desconecte el espectrofotómetro.   111 Lave las celdas con etanol absoluto.   112 Enjuague las celdas con agua.   113 Deseche los residuos (ver Forma de desechar).   114 Lave y enjuague el material.   115 Seque el material con papel o con franela.   116 Revise que no haya reactivos en la campana.   117 Apague la campana de extracción.   118 Revise que no haya reactivos sobre la mesa.   119 Retírese el equipo de protección personal.   120 Guarde el equipo de protección personal.   121 Desarme el soporte universal.   122 Revise que la mesa esté limpia y seca.   123 Revise que las llaves de gas estén cerradas.   124 Revise que las llaves de agua estén cerradas.   125 Revise que las llaves de aire comprimido estén cerradas.   126 Revise que los contactos eléctricos estén libres.   127 Revise que los extractores de aire estén apagados.   128 Revise que los interruptores eléctricos del laboratorio estén apagados.   129 Revise que la luz del laboratorio esté apagada.   Forma de desechar. Queme los residuos orgánicos en un incinerador con filtro y trampa. DISCUSION. Se elabora una gráfica de l contra A con cada una de las muestras estudiadas. Se elabora una gráfica de l contra e con cada una de las muestras estudiadas. Se comparan los valores de e en lmáx de las muestras estudiadas con los publicados en la literatura y se correlacionan con la estructura de electrones p conjugados. Identifique los cromóforos presentes en las moléculas en estudio y lmáx. Relacione lmáx y lmín con el color absorbido y transmitido por las moléculas estudiadas. Compare los parámetros espectroscópicos de las moléculas estudiadas con hidrocarburos saturados y monoinsaturados de pesos moleculares equivalentes. Verifique la pureza de los reactivos utilizados en la experiencia y considérela para la preparación de las soluciones correspondientes. Tabla 6.1. Propiedades de algunos compuestos insaturados y poliinsaturados. Nombre M g/mol r g/ml Tfus °C Teb °C 1-hexeno 84.16 0.67 -140 63 1-hepteno 98.19 0.70 -119 94 1-octeno 112.22 0.72 -102 121 1-deceno 140.27 0.74 -66 52/15hPa 1-dodeceno 168.33 0.76 -32 208 Vitamina A todo-trans retinol 286.46       Acetato de vitamina A 1'000,000 UI = 0.344 g 328.50       b-caroteno (provitamina A) e455/340 nm = > 15/M cm 536.89   183   REFERENCIAS. Reusch, W.H. 1979. Química Orgánica. McGraw-Hill, México. Spectronic 20 Series Spetrophotometers. Operator's Manual. Milton Roy, Rochester, N.Y., USA. 1990. The Merk Catalogue. Merk KgaA, Darmstadt, BRD. 1996. The Merk Index. 12th ed. Merk KgaA, Darmstadt, BRD. 1996.

©Raúl Alva*, México, 14/02/2004.