Liquenes

Sesión 7 y 8

En estas dos sesiones vamos a estudiar los liquenes.Introduciremos el concepto de liquen y sustancia liquénica.Posteriormente en una de las sesiones haremos una salida al campo, a una zona volvánica próxima a Vera rica en liquenes y tomaremos las muestras necesarias para su estudio.

Después en el laboratorio analizaremos el tipo de sustancia liquénica que contienen mediante las reacciones de coloración, y finalmente veremos como reaccíonan con ciertos reactivos químicos, formando microcristales, que observaremos al microscopio y con la cámara tomaremos las imagenes de estos microcristales.

CONCEPTO DE  LIQUEN

Los líquenes se forman por asociación de un alga y un hongo. La relación que establecen estos individuos es una simbiosis, es decir, una relación donde los dos obtienen un beneficio con esa asociación. El alga realiza la fotosíntesis, por lo que proporciona materia orgánica al hongo. El hongo captura agua y sales minerales del medio donde vive, por seco que éste sea y da protección al alga frente a la desecación.

Los líquenes se pueden clasificar, atendiendo al lugar donde viven:

• Líquenes crustáceos: viven sobre rocas, pegados al sustrato.
• Líquenes foliosos: viven sobre ramas o rocas, con aspecto de pequeñas hojas.
• Líquenes fruticulosos: viven sorbe ramas, con aspecto de pequeños arbolitos.

Los líquenes son resistentes a condiciones extremas de temperatura y humedad, y pueden vivir en cualquier parte en que la vida sea tolerada, por ejemplo sobre las tejas o sobre las piedras donde aparecen como formas circulares de color blanco, amarillo o negruzco. Habitan también en las más alejadas regiones árticas, donde no hay otros vegetales, y en la  selva tropical.

CONCEPTO DE SUSTANCIA LIQUÉNICA

Se aplica el término de sustancia liquénica, a todo tipo de sustancia orgánica encontrada en los líquenes.

Se trata de productos del metabolismo secundario que se depositan en el talo.

Aunque entre los metabolitos liquénicos (que también se generan en otros organismos) se sintetizan aminoácidos, azúcares, ácidos grasos, lactonas macrocíclicas, aromáticos monocíclicos, quinonas, cromonas, xantonas, terpenoides, esteroides y carotenoides que se acumulan en el talo, un rasgo distintivo para incluirse como sustancias liquénicas es que sean productos del metabolismo secundario, que se convierten en extracelulares ya que, siendo sintetizadas por las hifas del hongo, son excretadas a su superficie exterior al no admitirse su almacenamiento en el talo.

Hasta el momento se han descrito unos 350 metabolitos secundarios, entre los que se encuentran productos tales como ácidos alifáticos para y metadépsidos, depsidonas, esteres bencílicos, dibenzofuranos, ácidos usneicos, xantonas, antraquinonas, terpenoides y derivados del ácido pulvínico.

Estructura de algunas sustancias liquénicas.

REACCIONES DE COLORACIÓN

La primera aproximación para saber si una planta contiene sustancias liquénicas es por los métodos de coloración.

En todos los casos se requiere una primera prueba: las sustancias liquénicas dan coloración amarilla o naranja con el cloruro férrico. Esta reacción se basa en la actividad quelatante sobre cationes inorgánicos de los ácidos fenólicos. Una reacción de este tipo indicará la presencia de esta clase de sustancias. El cloruro férrico se emplea en una disolución al 1 por 100, o bien, en disolución etanólica o acetónica al 1-3 por 100.

Un segundo paso sería la determinación de la existencia de ciertos grupos de compuestos dentro de las sustancias liquénicas.

Con una disolución acuosa saturada de Ca(OC1)₂  o Na ClO se puede reconocer la presencia de sustancias liquénicas que posean en uno de sus anillos, dos grupos hidroxilo en posición meta (2-4 ó 2-6).La coloración obtenida en estos casos suele ser  rojo sangre.

La presencia de depsidonas es detectable empleando una disolución acuosa de KOH entre 5 - 10%. Su acción se basa en la ruptura del enlace éster mediante hidrólisis alcalina, conduciendo a la formación de un compuesto difenólico con un enlace éter.

Conduce a la formación de productos cuyos colores oscilan desde el amarillo al rojo sangre.

Esta reacción no se puede considerar específica de las depsidonas, porque el enlace éster de los dépsidos también puede hidrolizarse por álcalis. Dando colores de  amarillos a rojos.

Se pueden emplear procedimientos combinados, como son la utilización de  Ca(OC1)₂ y KOH juntos, este reactivo dará coloración roja con dipsonas y coloración amarilla con ácidos úscinicos.

Para detectar el grupo aldehído se utiliza una disolución etánolica de bencidina al 2-5 por 100, o bien una disolución alcohólica de p-fenilendiamina al 2 por 100 dando coloraciones amarillas que se tornan a rojo con el tiempo.

 La tabla siguiente muestra algunas reacciones de coloración.

Reactivo	Color	Sustancia liquénica
FeCl3	Rojo-pardo	Pseudocifelarina A eriodermina compuestos "J" y "G" ác. úsnico
	Azul	estrepcilina escrobicu1ina
	Azul-violeta	ác. 4-0-metilfisódico pseudocifelarina B
	Violeta	ác. picro1iquénico
Ca(OCl)2	Rojo sangre	escrobiculina ác. lecanórico
NaClO	Rojo	ác. lecanórico ác. olivetórico
	Púrpura	ác. meroclorofaeico ác. criptoclorofaeico
	Verde	ác. porfirílico estrepcilina
KOH	Amarillo	pseudocifelarina A ác. estíctico atranorina escrobiculina compuesto "J" ác. úsnico
	Rojo vino	ác. criptoclorofaeico ác. meroclorofaeico
	Rojo	ác. norstíctico
Ca(OCl)2 +  KOH	Rojo vino	ác. 4-0-metilfisódico escrobiculina
NaClO+  KOH	Amarillo	ác. úsnico
	Rojo	ác. disódico ác. lobárico
	Azul	estrepcilina
p-feniléndiamina	Amarillo	pseudocifelarina A ác. norstíctico
	Naranja	eriodermina ác. estíctico
	Rojo	ác. protocetrárico ác. fisódico

EXTRACCIÓN DE SUSTANCIAS LIQUENICAS

La extracción de sustancias liquénicas a partir del talo, va a depender de su solubilidad en distintos disolventes orgánicos.

La extracción de las sustancias puede efectuarse manteniendo el talo o triturándolo; por simple lavado con el disolvente, o mediante extracción con el disolvente entre 10 - 24 horas.

El procedimiento de extracción manteniendo intacto el talo se lleva a cabo por lavados sucesivos de dicho talo con un disolvente apropiado y concentración posterior del material extraído.

Generalmente, todos los despidos, depsidonas y dibenzofuranos son solubles en acetona, por lo que este disolvente es el más utilizado. El talo se tratara con acetona pura en pequeña cantidad y varias veces, dejando secar la preparación antes de una nueva adición. El número de lavados es importante, ya que cada proceso de extracción aumenta el rendimiento.

El benceno es otro de los disolventes más utilizados, los procesos de extracción con este disolvente pueden extenderse entre 16 - 48 horas.

La tabla siguiente muestra los disolventes más empleados, así como el tipo de sustancia liquenica que se extrae.

 TABLA: Extracción de sustancias liquenicas con diferentes disolventes.

 

Sustancia	C6H6	CHCl3	(CH3)CO	Et2O	n-C6H12
Ácido úscinico	+		+	+
Dépsidos	+	+	+	+
Depsidonas			+	+
Difeniléteres		+
Derivados Orcinol		+
Triterpenos					+

REACIONES DE MICROCRISTALIZACIÓN

La microcristalización es un método que se basa en la capacidad de las sustancias liquénicas para reaccionar con ciertos productos químicos, dando formas cristalinas características, fácilmente observables al microscopio.

Este método reúne varias ventajas:

ü      Alta especificidad

ü      Rapidez en el desarrollo

ü      Simplicidad en el material requerido

ü      Facilidad de la observación

Para poder realizar las reacciones de cristalización, primero hay que extraer las sustancias liquenicas, y posteriormente se trataran con reactivos orgánicos para obtener los microcristales que observaremos al microscopio.

Se obtendrán cristales de diferentes formas (racimos densos de agujas finas, agujas finas y alargadas, placas hexagonales, placas  rectangulares, etc….) y de diferentes colores (amarillas, incoloras, pardas, etc…)

Los reactivos orgánicos que utilizaremos son los siguientes:

GE = glicerina: ácido acético (1:3)

GAW =glicerina: etanol: agua (1:1:1)

GAoT = glicerina: etanol: o-toluidina (2:2:1)

GWPy = glicerina: agua: piridina (1:3:1)

GAQ = glicerina: etanol: quinoleína (2:2:1)
GAAn = glicerina: etanol: anilina (2:2:1)

Buscando liquenes en el campo

Reacciones de coloración

Reacciones de microcristalización

Observación de cristales al microscopio

Estructuras cristalinas

Sesión 6

En esta sesión estudiaremos las diferentes estructuras cristalinas que existen en la naturaleza. Y realizaremos mediante pelotas ping-pon y pelotas de goma, palillos, alambres, pegamento, etc..algunas de estas estructuras cristalinas.

Fundamento

La característica central de la estructura cristalina es que es regular y repetitiva. Esta repetición es evidente a partir de la inspección de un modelo típico de arreglo cristalino de átomos, cualquier estructura cristalina puede describirse como un patrón formado por la repetición de diversas “unidades estructurales”. En la práctica, por lo general se escoge la estructura más simple como la unidad estructural representativa, esta selección será conocida como una celda unitaria.
 ESTRUCTURAS CRISTALINAS DE METALES.

La mayoría de los metales elementales a temperatura ambiente se encuentran en una de tres estructuras de cristales, las cuales pueden ser:

•  Cúbica Centrada en el Cuerpo (BCC): es la red de Bravais cúbica centrada en el cuerpo con un átomo centrado en cada punto reticular. Los elementos más comunes con esta estructura son: α- Fe , V, Cr, Mo y W.

• Cúbica Centrada en la Cara (FCC): La cual corresponde a la red de Bravais con un átomo por punto reticular; hay medio átomo en el centro de cada cara de la celda unitaria y un octavo de átomo en cada esquina de la celda unitaria. Los metales típicos para esta estructura son: ϒ- Fe , Al, Ni, Cu, Ag, Pt y Au.

•  Estructura Hexagonal de empaquetamiento Compacto (HEC): Los metales comunes de esta estructura son: Be, Mg, α-Ti, Zn y Zr.
                       

ESTRUCTURAS CRISTALINAS DE LAS SALES:

Compuestos de fórmula química simple, MX, donde M es un elemento metálico y X es un elemento no metálico. Cada ión  tiende a rodearse de un número fijo de iones de signo contrario. Este número recibe el nombre de índice de coordinación o número de coordinación.

Estructura del Cloruro de Cesio (CsCl):

En el caso de redes cuyos tamaños iónicos son más semejantes, como por ejemplo el cloruro de cesio, CsCl , los iones se pueden rodear de un mayor número de iones de carga opuesta, y esta red iónica presenta coordinación (8,8), que es la llamada cúbica centrada en el cuerpo. Cada ión cesio se rodea de 8 cloruros, y cada cloruro de 8 cesios.

Estructura de Cloruro de Sodio (NaCl):

  El índice de coordinación es 6, cada sodio se rodea de 6 cloruros y cada cloruro se rodea de 6 sodios. El número de coordinación para ambos iones es 6, es una estructura (6,6), que recibe el nombre de estructura cúbica centrada en las caras:

Confeccionando las estructuras cristalinas

Recristalización y agua de cristalización

Sesión 5
En esta sesión veremos la técnica de purificación de sustancias mediante recristalización.
Y tambien estudiaremos como el agua de cristalización hace que los compuestos tengan diferente color,por ejemplo en el sulfato de cobre hidratado es azul y la forma anhidra es  blanquecina- grisacea.
Posteriormente calcularemos las moléculas de agua de cristalización del sulfato de cobre.

RECRISTALIZACIÓN

La recristalización es el procedimiento utilizado para separar un compuesto sólido de sus impurezas, basándose en la diferencia de solubilidades de ambos (a distintas temperaturas), en algún solvente o mezcla de solventes.
Factores que afectan la solubilidad de una sustancia

• La temperaturaLa solubilidad de un soluto en un disolvente en particular varía con la temperatura. La mayoría de los compuestos orgánicos son más solubles en disolventes calientes que en el mismo disolvente frío.
• Relación entre la estructura molecular y la solubilidad
  Para predecir la solubilidad de un soluto en un disolvente dado, es necesario tener presente las características de ambos.
  Para el soluto tendremos en cuenta su carácter iónico o la polaridad de la molécula, su peso molecular, la relación entre éste y los grupos polares presentes y su capacidad para formar puentes de hidrogeno.
  En lo que respecta al disolvente, deben considerarse su polaridad, posibilidad de formar puentes de hidrogeno, carácter ácido o básico y su constante dieléctrica.      
  Los disolventes fuertemente polares disuelven solutos iónicos, o altamente polares pero no sustancias de baja polaridad.
  Análogamente, los disolventes pocos polares no disuelven eficazmente a las sustancias iónicas o muy polares, pero si, a las poco polares.
  Otro factor importante es la posibilidad de formación de uniones puentes de hidrogeno. En el caso del agua, metanol, etc. la posibilidad de formar puentes de hidrogeno soluto-disolvente, facilita la disolución de aquellos solutos que puedan participar en este tipo de unión.

El método de purificación de una sustancia por recristalizacion comprende los siguientes pasos:
1) Selección del solvente adecuado.
2) Disolución del sólido impuro en el disolvente caliente
3) Separación de las impurezas insolubles por filtración en caliente.
4) Cristalización del sólido.
5) Recolección de los cristales en frío.
6) Determinación de la pureza del sólido.
7) Calculo del rendimiento logrado.
• Objetivo
Recristalizar el principio activo contenido en 2 comprimidos de paracetamol y 2 comprimidos de aspirina.
• Materiales
-Mortero                                                                          -Embudo
-Balanza analítica                                                           -Papel de filtro
-Vaso de precipitados de 250 ml                                    -Varilla vidrio
-Pipeta                                                                           - Erlenmeyer
-Calefactor                                                                      -Embudo Buchener
-Disolvente: Agua destilada                                            - Bureta
-Solutos: 2 comprimidos de paracetamol y 2 de aspirina.
-Baño de Hielo
-Espátula

• Procedimiento.

Se peso en balanza analítica dos comprimidos de paracetamol. Se pulverizo en mortero, hasta que se obtuvo un polvo fino.
Se calienta agua en un vaso de precipitados, se extraen 20 ml (medidos en bureta).
En  el vaso de precipitados de 250 ml se incorporo el polvo y los 20 ml de agua, se continúo calentando hasta hervir y con varilla de vidrio se ayudo a disolver. Se deja en reposo sobre la mesa.
En un erlenmeyer y con la ayuda de un embudo y papel de filtro se realizo la filtración en caliente de la mezcla. En el embudo quedaron las impurezas (que se desecharon). El líquido obtenido se coloca en un vaso de precipitados, se dejo enfriar, luego se coloca en un cristalizador con hielo. Se comienzan a formar los cristales y con una espátula se raspo suavemente las paredes del vaso.
Una vez formados los cristales  se realiza la separación de los cristales utilizando un embudo de buchner unido a un kitasato. Los cristales quedaron en el papel de filtro para realizar el secado de los cristales.
Posteriormente se pesaran los cristales obtenidos, para poder calcular el tanto por ciento de impurezas en la muestra.

Determinación del agua de cristalización del sulfato de cobre (II)

• Objetivo

Determinación gravimétrica del número de moléculas de agua de cristalización en el sulfato de cobre (II) comercial, observando la pérdida de peso producida al calentar el cristal.

Este experimento permite observar la forma anhídra e hidratada de la sal.

• Material:

• Placa calefactora

• Crisol de porcelana: en el calentamos la muestra. También lo usamos como mortero. Está fabricado en material refractario para aguantar temperaturas altas.

• Tapa de crisol: evidentemente, para tapar el crisol.

• Pinzas: Son de madera, que aísla del calor, y tienen un mango más largo que el otro.

• Balanza electrónica.

• Sulfato de cobre (II) n.hidratado: para esta práctica hemos empleado 1 g. Presenta un color azul muy característico.

• Varilla de vidrio.
  

• Fundamento:

Un Hidrato es una sal que se ha combinado con una proporción definida de moléculas de agua. Las fórmulas de los hidratos se escriben con un punto centrado entre las moléculas de agua y el compuesto que ha sido hidratado.

Cuando algunos compuestos se disuelven en agua y la disolución se deja evaporar lentamente, el compuesto disuelto precipita en forma de cristales que contienen cantidades definidas de agua.

Los hidratos no son sustancias más o menos humedecidas sino compuestos definidos, porque su composición es constante.

La sal hidratada y la sal anhidra tienen distintas estructuras cristalinas, lo que les concede diferentes propiedades.

El agua de cristalización de un hidrato es la cantidad de agua que necesita (y es fija) la sal anhidra para convertirse en una sal hidratada.

Pueden perder su agua de cristalización por calefacción y se pueden volver a formar por reacción de la sustancia anhidra con el agua. Esto demuestra que las fuerzas que mantienen unidas a las moléculas de agua en los hidratos no son muy fuertes.

El agua mantiene prácticamente invariable su estructura molecular en el hidrato, al estar unida al compuesto anhidro mediante enlaces covalentes coordinados a través de uno de los pares de electrones solitarios del oxígeno y, a veces, mediante enlaces de hidrógeno.

• Procedimiento:

Es frecuente encontrar sales que, por llevar en su estructura un número definido de moléculas de agua, se llaman hidratos (Na2CO3-10 H2O, MgSO4-7H2O, etc.).

El objetivo de esta práctica es hallar la fórmula del sulfato de cobre (II) hidratado, para lo cual habrá de determinarse el número de moléculas de agua por molécula de sulfato.

Para ello, se colocan en un crisol de porcelana, previamente pesada, 1 g ;2 g de sulfato de cobre (II) hidratado. Se pesa el conjunto para obtener por diferencia la cantidad exacta de sal hidratada.

Se calienta suavemente sobre la placa calefactora hasta que se observa un desprendimiento de vapor que va acompañada de un cambio de color (pasa de ser azul a adoptar un color blanco ceniza) , a continuación, se fuerza la llama durante unos 5 min. Se deja enfriar y se pesa de nuevo. Se machaca con la varilla cada vez que se calienta para hacer las sales más pequeñas y que así sea más fácil la pérdida de calor. Se repiten los calentamientos y las pesadas hasta que el peso ya no disminuye debido a que por fin se han evaporado todas las moléculas de agua. Anotar este peso y llevar a cabo los cálculos para la determinación de la fórmula del hidrato.

FÓRMULA:        CuSO4 · n H2O → CuSO4 + n H2O

DATOS:

P1 = peso inicial (CuSO4 · n H2O) =

P2= peso final (CuSO4) =

Masa del agua de cristalización = (P1- P2) =

N1 = moles (CuSO4) = P2 (g) / 159,6 (g/mol) =

N2 = moles (H2O) = (P1- P2) (g) / 18 g/mol =

n = moléculas de agua = N2/ N1 =

CUESTIONES:

  ¿Porqué es necesario realizar las medidas con bastante precisión?

  ¿Qué se hace si el resultado, n, no resulta ser un número entero? ¿Cuál puede ser la causa de esto?

  ¿Cuál es la fórmula de la sal hidratada en cuestión?

  Nombrar dicha sal utilizando la nomenclatura tradicional.

  Calcula la masa molecular de la sal hidratada.