Geometrische isomerisatie van male´nezuur in fumaarzuur

 

Namen: Arnold de Gier & Dick Tanis
Klas: HC-3
Datum experiment: 10-10-97
Inleverdatum: 14-11-97


Inleiding:

Maleïnezuur(Z-2-buteen-1,4-dicarbonzuur) en fumaarzuur(E-2-buteen-1,4-dicarbonzuur) zijn geometrische isomeren van elkaar. Bij maleïnezuur zitten de functionele groepen in de cis-vorm terwijl bij fumaarzuur de functionele groepen in de trans-vorm zitten.

Geometrische isomeren van alkenen kunnen in elkaar worden omgezet door tijdelijk verbreking van de ¶-binding in de dubbele binding waardoor vrije draaiing rond beide C-atomen mogelijk wordt. Meestal is de trans-vorm stabieler waardoor het evenwicht van die draaiing naar die vorm ligt.

Bij dit experiment wordt eerst maleïnezuuranhydride gehydrolyseerd in maleïnezuur die daarna wordt geïsomeerd in fumaarzuur. Wanneer de maleïnezuur wordt gerefluxed met zoutzuur wordt de cis-vorm van 2-buteen-1,4-dicarbonzuur omgezet in de meer stabiele trans-vorm (fumaarzuur). Aangezien fumaarzuur minder goed oplost in water, kristalliseert het product zolang de reactie verloopt.

REACTIEVERGELIJKING VAN DE HYDROLYSE

reactievergelijking van de hydrolysestap

REACTIEVERGELIJKING VAN DE ISOMERISATIE

reactievergelijking van de isomeristatiestap

 

Doel:

Het hydrolyseren van maleïnezuuranhydride in Z-2-buteen-1,4-dizuur (maleïnezuur) welke wordt omgezet in E-2-buteen-1,4-dizuur. Het bereidde maleïnezuur en fumaar wordt getest op zuiverheid d.m.v het bepalen van het smeltpunt. Van beide producten wordt ook het rendement van de bereiding bepaald.

 

Materialen:

glaswerk:eenhalsrondbodemkolf250 ml
bolkoeler
chemicaliën:maleïnezuuranhydride
zoutzuur (geconcentreerd)HCl
gedestilleerd waterH2O
apparatuur:smelpuntsbepalerBüchi SMP-20
droogstoof110°C

 

Werkwijze:

Zie flowschema proef.

flowschema

flowschema proef

Voor verdere werkwijze zie gemaakte analysevoorschrift van deze proef.

 

Resultaten:

resultaten hydrolyse

resultaten tabel van de hydrolysestap  

resultaten isomerisatie

resultaten tabel van de isomerisatiestap

Berekening:

 m(maleïnezuuranhydride) 15,9
n(maleïnezuuranhydride) =
=
= 0,162 mol
 M(maleïnezuuranhydride) 98,1
0,162 mol maleïnezuuranhydride = 0,162 mol maleïnezuur

 n(maleïnezuur) pr 0,131
opbrengst =
· 100% =
· 100 %= 80,8 %(n/n)
 n(maleïnezuur) th 0,162
n(maleïnezuur)gereageerd = n(maleïnezuur) th - n(maleïnezuur) pr = 0,162 - 0,131 = 0,0310 mol

 

Opdrachten:

1.Bij de hydrolyse mag er maar kort tot 100 °C worden verwarmd omdat er anders teveel water verdampt waardoor niet alle maleïnezuuranhydride reageert tot maleïnezuur.
2.Als er teveel water wordt toegevoegd lost alle maleïnezuur op.
3.De zoutzuur heeft als functie dat de p-binding van de dubbele binding wordt verbroken.
4.Het mechanisme van de isomerisatie gaat als volgt:

reactiemechanisme isomeristatiestap

5.Het bepaalde smelttraject van maleïnezuur is 117-120 °C. Het bepaalde smeltpunt van fumaarzuur is 284 °C.
6.De opbrengst van maleïnezuur is 80,8 %(n/n). De opbrengst van fumaarzuur is 78 %(n/n).

 

Conclusie:

Het smelttraject van het bereidde maleïnezuur is 117-120 °C. Het smeltpunt van het bereidde fumaarzuur is 284 °C. De opbrengst het bereidde maleïnezuur is 80,8 %(n/n). De opbrengst van het bereidde fumaarzuur is 78 %(n/n).

 

Discussie:

Het theoretische smeltpunt van maleïnezuur is 130 °C terwijl het bepaalde smelttraject van 117-120 °C loopt. Hieruit blijkt dat het maleïnezuur erg onzuiver is en nog maleïnezuuranhydride bevat. Dit wordt nog bevestigd door het feit dat een klein gedeelte van het maleïnezuur vloeibaar was toen het uit de stoof van 110 °C werd gehaald.
Het theoretisch smeltpunt van fumaarzuur is 287 °C terwijl het bepaalde smeltpunt 284 °C is. Hieruit blijkt dat het fumaazuur ook nog onzuiverheden bevat.

 

Literatuur:

Chemiekaartenboek, gegevens voor veilig werken met chemicaliën, VNI, Veiligheidsinstituut, Nederlandse Vereniging van veiligheidsdeskundigen, 1990, 3e editie
Stencils van organische proefen die in 1997 door HC-3 in Dublin zijn uitgevoerd
Marc Loudon, G. Organic chemistry, The Benjamin/Cummings Publishing Company Inc, 390 Bridge Parkway, Redwood City, 1995, third edition

ANALYSEVOORSCHRIFT

Geometrische isomerisatie van male´nezuur in fumaarzuur

 

Inleiding:

Maleïnezuur(Z-2-buteen-1,4-dicarbonzuur) en fumaarzuur(E-2-buteen-1,4-dicarbonzuur) zijn geometrische isomeren van elkaar. Bij maleïnezuur zitten de functionele groepen in de cis-vorm terwijl bij fumaarzuur de functionele groepen in de trans-vorm zitten.

Geometrische isomeren van alkenen kunnen in elkaar worden omgezet door tijdelijk verbreking van de ¶-binding in de dubbele binding waardoor vrije draaiing rond beide C-atomen mogelijk wordt. Meestal is de trans-vorm stabieler waardoor het evenwicht van die draaiing naar die vorm ligt.

Bij dit experiment wordt eerst maleïnezuuranhydride gehydrolyseerd in maleïnezuur die daarna wordt geïsomeerd in fumaarzuur. Wanneer de maleïnezuur wordt gerefluxed met zoutzuur wordt de cis-vorm van 2-buteen-1,4-dicarbonzuur omgezet in de meer stabiele trans-vorm (fumaarzuur). Aangezien fumaarzuur minder goed oplost in water, kristalliseert het product zolang de reactie verloopt.

REACTIEVERGELIJKING VAN DE HYDROLYSE

reactievergelijking van de hydrolysestap

 

REACTIEVERGELIJKING VAN DE ISOMERISATIE

reactievergelijking van de isomeristatiestap

 

Doel:

Het hydrolyseren van maleïnezuuranhydride in Z-2-buteen-1,4-dizuur (maleïnezuur) welke wordt omgezet in E-2-buteen-1,4-dizuur. Het bereidde maleïnezuur en fumaar wordt getest op zuiverheid d.m.v het bepalen van het smeltpunt. Van beide producten wordt ook het rendement van de bereiding bepaald.

 

Chemicaliën, oplossingen en monsters:

maleïnezuuranhydrideC4H2O3

zoutzuur (geconcentreerd)HCl
gedestilleerd waterH2O

 

Apparatuur en hulpmiddelen:

eenhalsrondbodemkolf250 ml
bolkoeler
smelpuntsbepaler
droogstoof110°C

 

Werkwijze:

Verwarm 20 ml gedestilleerd water in een erlenmeyer van 125 ml tot aan het kookpunt en voeg dan 15 g maleïnezuuranhydride toe. De anhydride smelt dan eerst bij 53°C en reageert dan met water waardoor er maleïnezuur wordt gevormd. De maleïnezuur is goed oplosbaar in kokend water (400 g/100 ml) en in koud water (79 g/100 ml). Koel de oplossing onder de kraan wanneer deze helder is geworden totdat de maximale hoeveelheid aan maleïnezuur is gevormd. Vang het gevormde product op over een Büchnertrechter en droog het 15 minuten lang bij 110°C en bepaal het smeltpunt en de opbrengst.
Breng het filtraat met opgelost maleïnezuur over in een rondbodemkolf van 100 ml en voeg 15 ml geconcentreerd zoutzuur toe en reflux de oplossing 10 minuten lang. In de hete oplossing zullen al gauw kristallen worden gevormd. De oplosbaarheid van fumaarzuur is namelijk bij 100°C 9,8 g/100 ml en bij 25°C maar 0,7 g/100 ml. Koel de oplossing tot kamertemperatuur, filtreer het product over een Büchnertrechter en herkristalliseer het met water. Bepaal van dit product het smeltpunt en de opbrengst.

 

Schriftelijke rapportage:

Schrijf een verslag van dit experiment volgens de richtlijnen van het chemie prakticumbundel semester HC-3.

 

Literatuur:

Stencils van organische proefen die in 1997 door HC-3 in Dublin zijn uitgevoerd
Marc Loudon, G. Organic chemistry, The Benjamin/Cummings Publishing Company Inc, 390 Bridge Parkway, Redwood City, 1995, third edition
T. Biskop, Chemie practicumbundel, semester HC-3, L008, 1997-1998

No internet exploder

© PI-Soft, 1997