ISOMERIZACIN DEL CIDO MALCO A CIDO FUMRICO

A Andrs Felipe Lugo Vargas, B Daniela Tarr Jaramillo

A, B Universidad de la Amazonia, Facultad de ciencia bsicas, Programa de Qumica, Florencia, Caquet, Calle 17 Diagonal 17 con Carrera 3F - Barrio Porvenir.

RESUMEN

Se obtuvo cido fumrico mediante un proceso de isomerizacin a partir de cido malico, posteriormente el ismero (cido fumrico) se caracteriz mediante pruebas de acidez, punto de fusin, decoloracin de KMnO4 y de Br/CCl4 y as se determin el tipo de ismero al que corresponda el compuesto obtenido.

Palabras clave: isomerizacin, cido malico, cido fumrico, ismero.

ABSTRACT

Fumaric acid was obtained by an isomerization process from maleic acid, then the (fumaric acid)-isomer was characterized by testing acid, melting and discoloration Br/CCl4, KMnO4 and thus the type of isomer was determined to corresponding compound obtained.

Keywords: isomerization, maleic acid, fumaric acid, isomer.

1. INTRODUCCIN

La isomerizacin se define como el proceso qumico mediante el cual una molcula es transformada en otra que posee los mismos tomos pero dispuestos de forma distinta.[footnoteRef:1] [1: Julio E. sierra L., Instituto universitario politcnico Santiago Mario Extensin Maracaibo, Isomerizacin, julio 2011.]

Una clase particular de ismeros geomtricos (cis-trans) son aquellos compuestos que difieren en el ordenamiento espacial de los grupos ligados a un enlace doble. En estos ismeros, los dos grupos unidos al tomo de carbono de un enlace doble son diferentes entre s; lo mismo es vlido para el otro tomo de carbono; sin esta condicin, los dos ismeros seran indistinguibles. Normalmente, existir una rotacin libre y una restringida alrededor de un enlace simple y uno doble, respectivamente. As, los grupos que se unen a tomos de carbono de un enlace doble permanecern fijos a uno u otro lado del enlace. Al presentar propiedades diferentes, los ismeros cis-trans pueden ser distinguidos uno del otro. La proporcin en que coexisten en equilibrio, a una determinada temperatura, las diferentes poblaciones de ismeros depende de sus diferencias en energas libres, G. No obstante, el equilibrio de interconversin se producir siempre y cuando la barrera rotacional, representada por la energa libre de activacin (G), no sea demasiado alta.

Un ejemplo clsico de isomera cis-trans es la representada por el cido 2-butenodioico, que en condiciones normales es un slido. En este compuesto el ismero cis-2-butenodioico recibe el nombre de cido maleico, mientras que el trans-2-butenodioico se denomina cido fumrico. El cido fumrico se distribuye ampliamente en la naturaleza. Se encuentra, por ejemplo, en plantas del gnero fumaria (Fumaria officinalis), en el liqun Cetraria islandica y en hongos de las especies Boletus y Agaricus. La forma ionizada del cido fumrico (fumarato) es un intermediario clave en el ciclo de Krebs. El cido maleico es un producto de sntesis obtenido a partir de la hidrlisis del anhdrido maleico; este ltimo, se produce a partir de la oxidacin cataltica (V2O5, aire, 400-500 C) del benceno.[footnoteRef:2] [2: Ricardo UgarteI; Guillermo SalgadoII, Rolando MartinezIII; Jos NavarreteI Estudio terico de la isomerizacin del cido maleico en cido fumrico: un enfoque basado en el concepto de superficie de energa potencial, Qum. Nova vol.33 no.3, scielo, So Paulo 2010.]

2. PARTE EXPERIMENTAL

2.1. Materiales

El material empleado en la realizacin de la prctica fue: vasos de precipitados de 50 mL, montaje para punto de fusin (tubo de thiele, soporte universal, tubo capilar, bandas de caucho, termmetro de 360 C, pinzas con nuez, mechero), papel indicador de pH, plancha de calentamiento.

2.2. Reactivos

Los reactivos empleados fueron: cido clorhdrico, permanganato de potasio, bromo en CCl4 y agua destilada.

2.3. Equipos

Se emple una plancha de calentamiento y una balanza analtica KERN, ref. acs 220-4 para el pesaje de muestras.

2.4. Preparacin de las muestras

2.4.1. Isomerizacin

Se disolvi aproximadamente 500mg de cido malico en 10 ml de agua (aprovechando que el reactivo es puro no necesidad de aislar el slido 1), luego se agreg unas gotas de cido clorhdrico concentrado, se calent la solucin suavemente hasta notar la formacin de cristales. Se dej enfriar y se filtr, se calentaron en una estufa los cristales obtenidos.

2.4.2. Determinacin de propiedades fsicas

Se realiz un montaje conformado por un soporte universal al que se fijan un tubo de Thiele con aceite en su interior al que se dirige la flama con un mechero, adems se fijaron en el interior del aceite un termmetro al que se adhieren un tubo capilar sellado en uno de sus extremos con muestra del solido obtenido en su interior.

2.4.3. Identificacin del producto

Se realizaron pruebas para diferenciar el producto del reactivo de partida, se realizaron pruebas con KMnO4 y pruebas de acides en solucin. Las pruebas con Br/CCl4 no se realizaron dado a que el reactivo no estaba en condiciones ptimas para su utilizacin, por tanto los resultados de esta prueba no se presentan en el presente informe.

3. RESULTADOS Y DISCUCIN

RESULTADOS:

3.1. ISOMERIZACIN

3.1.1. Rendimiento del proceso de isomerizacin

Se obtuvieron 0,4006 g de cristales de cido fumrico (Trans), de color blanco con contextura fina. Por tanto para calcular el rendimiento porcentual obtenemos que:

Rendimiento terico:

Para calcular el rendimiento terico de la reaccin partimos de los gramos de cido malico (Cis) pesados y de la estequiometria de la reaccin.

Ilustracin 1. Reaccin de isomerizacin del cido malico

Gramos pesados de cido malico: 0,5672g

Rendimiento experimental:

Experimentalmente se obtuvo 0,4006 g de cido fumrico.

Porcentaje de rendimiento de la reaccin:

3.2. DETERMINACIN DE PROPIEDADES FSICAS

Se estudi el punto de fusin del solido obtenido usando el montaje indicado para este anlisis (ver 2.4.2). Segn bases tericas el punto de fusin del cido fumrico (Trans) (solido obtenido) es de 287C, experimentalmente no fue posible llevar el slido hasta su fusin dado a la capacidad del termmetro empleado, sin embargo se tom como patrn de comparacin el punto de fusin del cido malico (Cis) (139C), sabiendo que el cido fumrico (Trans) es ismero del cido malico (Cis) se pudo hacer comparativa de esta propiedad fsica y se pudo observar que el cido fumrico (Trans) super el punto de fusin del cido malico (Cis) llevndolo a 230C sin sufrir fusin, lo cual indica que efectivamente el slido obtenido corresponde al cido fumrico (Trans).

3.3. IDENTIFICACIN DEL PRODUCTO

3.3.1. Pruebas con KMnO4

Al agregar muestra de cido malico (Cis) y cido fumrico (Trans) en dos tubo de ensayo respectivamente y al agregar KMnO4 a cada uno se observ una decoloracin en relacin con el tiempo, luego se midi el pH, observndose que el cido malico (Cis) obtuvo un pH muy cido y un tiempo de decoloracin muy corto, y el cido fumrico obtuvo un pH no muy cido de 4 y un tiempo ms prologado de decoloracin, tal como se muestra en la tabla de resultados.

Tabla 1.Resultados de reaccin de muestras con permanganato de potasio.

COMPUESTO

TIEMPO DE DECOLORACIN DE KMnO4 (min)

pH

cido Malico (Cis)

2

1

cido fumrico (Trans)

8

4

3.3.2. Pruebas de acidez

Se tom la acidez de las muestras en solucin, el resultado de estas medidas se muestra en la siguiente tabla.

Tabla 2. Resultados de pruebas de acidez.

COMPUESTO

pH

cido Malico (Cis)

2

cido fumrico (Trans)

3

ANALISIS DE RESULTADOS:

El rendimiento obtenido en la formacin de cristales de cido fumrico (Trans) (29,34%) es muy bajo, lo cual sugiere que la reaccin favorece al cido malico (Cis) en los productos, sin embargo por sus propiedades fsicas y qumicas ste mantiene en solucin y no se presenta en cristales como el cido fumrico (Trans), entonces, haciendo una aproximacin, se puede estimar que los porcentajes de ambas especies en los productos es de 70% para el cido malico (Cis) en solucin y 30% para el cido fumrico (Trans) que se presenta como slido.

Se puede deducir con base en las propiedades fsicas que el cido fumrico (Trans) producto de la isomerizacin del cido malico (Cis) es un estereoismero de tipo diasteroismero cis-trans del cido malico (Cis), ya que las propiedades fsicas como el punto de fusin son muy diferentes, estas diferencias fsicas y qumicas permiten que se pueda separar por medio de cristalizacin, lo cual se evidencio en el procedimiento empleado (ver 2.4.1). Por otra parte, el punto de fusin del cido malico (Cis) es ms bajo que el punto de fusin del cido fumrico (Trans) lo cual hace que sea muy soluble en agua, entonces, las temperaturas elevadas aumentarn su solubilidad.

La decoloracin del permanganato en presencia de estas dos especies se debe a un reduccin en el permanganto de potasio en la que el Mn cambia su estado de oxidacin, as pues se obtiene que el cido malico (Cis) hace que el Mn pase de Mn+7 a Mn+4 , el cido fumrico (Trans) hace que el Mn pase de Mn+7 a Mn+2, es de notar el papel del pH (ver tabla 1.) en el tiempo de decoloracin, ya que el pH muy cido del cido malico (Cis) lo convierte en un mal nucleofilo, es decir, un mal donor de electrones, el pH 4 obtenido en la reaccin de decoloracin del permanganato de potasio con cido fumrico (Trans) lo convierte en un mejor nuclefilo ya que su carcter ligeramente cido lo convierte en un buen donor de electrones, lo cual explica el fenmeno de reduccin y cambio de estado del Mn en el MnO4.

El pH es una propiedad qumica que puede definir el tipo de ismero, los diasteroismeros a diferencia de los enantimeros no son imgenes especulares, ni son superponibles, adems de esto, sus propiedades qumicas y fsicas difieren, en este caso se pudo observar que el cido malico (Cis), es decir el reactivo de partida, tiene un carcter ms cido en solucin (pH 2) que su ismero el cido fumrico (Trans) (pH 3). Esta diferencia de pH respalda la deduccin de que el ismero formado es un diasteroismero cis-trans.

4. CONCLUSIONES

Se realiz el proceso de isomerizacin Cis Trans a la molcula de cido malico (Cis) para formar el cido fumrico (Trans), obtenindose un rendimiento de 29,34% .

Se determin el tipo de ismero obtenido mediante pruebas de caracterizacin.

Se observ gran diferencia en las propiedades fsicas y qumicas del cido fumrico (Trans) con respecto al cido malico (Cis).

El cido fumrico (Trans) corresponde al diasteroismero cis-trans del cido malico (Cis).

O

OH

OHO

cidomalico(Cis)

O

HO

O

OH

cido fumrico(Trans)

H

3

O

+