Sintetizar El Acido Fumarico (acido Trans-butenodioico) A Partir De La Isomerización Del Acido Maleico (acido Cis-butenodioico) 2w6x23

Objetivos 

Sintetizar el acido fumarico (acido trans-butenodioico) a partir de la isomerización del acido maleico (acido cis-butenodioico).

Marco Teórico La isomería cis-trans es una forma de estereoisomeria que describe la orientación de los grupos funcionales dentro de una molécula. En general, tales isómeros contienen dobles enlaces, que no pueden rotar, pero también pueden aparecer en estructuras anillo, donde la rotación de enlaces está altamente restringida. Los isómeros cis y trans comúnmente tienen diferentes propiedades físicas. Las diferencias entre isómeros, en general, aparecen de las diferencias en la forma de la molécula o el momento dipolar total. Estas diferencias pueden ser muy pequeñas, como en el caso del punto de ebullición de los alquenos de cadena linear, tales como el 2-penteno, el cual es 37°C en el isómero cis y 36°C en el isómero trans.

cis-2-penteno

trans-2-penteno

Las diferencias entre los isómeros cis y trans pueden ser más grandes si hay enlaces polares presentes, como en los 1,2-dicloroetenos. El isómero cis en este caso tiene un punto de ebullición de 60.3°C, mientras que el isómero trans tiene un punto de ebullición de 47.5°C. En el isómero cis los dos momentos dipolares de enlace C-Cl se combinan para dar un dipolo molecular total, de tal forma que hay fuerzas dipolo-dipolo intermoleculares (o fuerzas Keesom) las cuales se añaden a las fuerzas de dispersión de London y elevan el punto de ebullición. En el isómero trans por otro lado, esto no ocurre porque los dos momentos de enlace C-Cl se cancelan y la molécula es no polar.

cis-1,2-dicloroeteno

trans-1,2-dicloroeteno

Los dos isómeros del acido butenodioco tienen una diferencia tan grande en propiedades y reactividades que se les ha dado dos nombres completamente diferentes. El isómero cis es llamado acido maleico y el isómero trans acido fumarico. La polaridad es la clave en determinar los puntos de ebullición relativos ya que causa un incremento en las fuerzas intramoleculares, por lo tanto elevando el punto de ebullición. En la misma manera, la simetría es la clave en determinar los puntos de fusión relativos ya que permite un mejor empaquetamiento en el estado sólido, incluso si no altera la polaridad de la molécula.

Acido cis-butenodioico (Acido Maleico)

Acido trans-butenodioico (Acido Fumarico)

Procedimiento Se toman y se numeran cinco tubos de ensayo, agregando: Tubo 1 Tubo 2 Tubo 3 Tubo 4 Tubo 5

0,5g de Acido Maleico + 1mL de HCl Concentrado + 0,5mL de Agua 0,5g de Acido Maleico + 1mL de H2SO4 98% + 0,5mL de Agua 0,5g de Acido Maleico + 0,5g de NH4Cl + 1,5mL de Agua 0,5g de Acido Maleico + 0,5g de NH4Cl + 1mL de H2SO4 50% + 0,5mL de Agua 0,5g de Acido Maleico + 1,5mL de Agua

Calentar cada tubo de ensayo.

Resultados La reacción de isomerización se completo en los tubos de ensayo numero 1 y numero 4. Se produce en estos un sólido insoluble en agua, que de acuerdo a los datos de solubilidad de ambos compuestos (acido maleico y acido fumarico), se trata del acido fumarico. Una consecuente prueba a la temperatura de fusión del compuesto obtenido, indica que se trata del acido fumarico.

Mecanismo General De La Reacción

Acido Maleico (Acido cis-butenodioico)

↔ Acción de un electrófilo sobre el par de electrones del doble enlace del oxigeno.

Formación enlace oxigenoelectrófilo. Se genera una carga positiva en el carbono.

↓ ← Resonancia del doble enlace hacia la carga positiva.

Formacion de enlace simple.

↓ → Formacion del compuesto trans.

Rotacion del enlace.

↓ ← Acido Fumarico (Acido transbutenodioico)

Ruptura de enlace electrofilo-oxigeno por accion de un nucleofilo.

Análisis Tubo 1: la reacción de isomerización toma lugar ya que todas las etapas necesarias son completadas, debido a que se poseen las especies necesarias para este proceso. Tubo 2: la reacción de isomerización no ocurre. Aunque tienen lugar casi todas las etapas, no ocurre la ruptura del enlace electrofilo-oxigeno por accion de un nucleofilo, ya que el ión sulfato es una base impedida, por lo tanto, nunca se estabiliza el doble enlace que da lugar al compuesto trans. Tubo 3: para este caso, no existe la acción de un electrófilo sobre el par de electrones del doble enlace del oxigeno por lo que el proceso no puede continuar y no se da la isomerización del compuesto cis al trans. Tubo 4: el proceso toma lugar porque todas las etapas se cumplen, debido a que las especies necesarias, aunque aportadas por dos compuestos diferentes, se hallan en solución, por lo que la reacción evoluciona normalmente. Tubo 5: teniendo en cuenta que el agua solo solubiliza el compuesto, no era de esperar reacción alguna, en base a que no ocurre ninguna de las etapas necesarias para tal propósito.