(265459745) Compuestos Carbonilicos y Grupo Carboxilico[1]

Laboratorio de Química Orgánica A-II

EAP. Química de la UNMSM

COMPUESTOS CARBONILICOS Y GRUPO CARBOXILICO CARBOXILICO

INTRODUCCIÓN El presente informe trata sobre los procedimientos experimentales a seguir para determinar cualitativamente la presencia de una cetona o un aldehído (Grupo carbonilo) en una muestra desconocida, además de comprobar experimentalmente algunas de sus propiedades propiedades Químicas, físicas (organolépticas) (organolépticas) descritas en en los marcos teóricos. teóricos.

RESUMEN La experiencia experienci a se divide en dos partes .La primera parte consiste en las propiedades propiedades

físicas de los aldehídos y cetonas donde se reconocen

organolépticas organolépticas (color , olor) olor)

características

del Acetaldehído Acetaldehído ,Benzaldehido ,Benzaldehido y Acetona ; y

solubilidades de estos con diferentes solventes solventes ( agua , etanol etanol y éter). La segunda parte consiste consiste en las propiedades químicas de los aldehídos aldehídos y cetonas .En .En la reducción de la solución de fehling se observa como reacciona el formaldehído y benzaldehido , mientras que la cetona no reacciona . En la reacción de tollens con el formaldehído se forma de inmediato un espejo espejo de Ag mientras mientras con el benzaldehido y la acetona no. La reacción con el 2,4- dinitrofenilhidrazina (identificación del grupo carbonilo) tanto los aldehídos y cetonas reaccionan en medio acido dando compuestos sólidos de color color naranja. La reacción con el permanganato permanganato de potasio al 1% se observa que la cetona cetona no reacciona y los demás demás si. En la reacción con el halorformo reacciona solo

la

COMPUESTOS CARBONILICOS Y GRUPO CARBOXILICO

acetona.

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PARTE TEÓRICA Aldehídos y cetonas Aldehídos y cetonas se caracterizan por tener el grupo carbonilo La fórmula general de los aldehídos es La fórmula general de las cetonas es

Nomenclatura Aldehídos El sistema de nomenclatura corriente consiste en emplear el nombre del alcano correspondiente correspondiente terminado en -al. Cuando el grupo CHO es sustituyente se utiliza el prefijo formil-. También se utiliza el prefijo formil- cuando hay tres o más funciones aldehídos sobre el mismo compuesto .En esos casos se puede utilizar otro sistema de nomenclatura que consiste en dar el nombre de carbaldehído a los grupos CHO (los carbonos de esos CHO no se numeran, se considera que no forman parte de la cadena). Este último sistema es el idóneo para compuestos con grupos CHO unidos directamente a ciclos.

Cetonas Para nombrar los cetonas tenemos dos alternativas: 1. El nombre del hidrocarburo del que procede terminado en -ona .Como sustituyente debe emplearse el prefijo oxo-. 2. Citar los dos radicales que están unidos al grupo carbonilo por orden alfabético y a continuación la palabra cetona.


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Propiedades Físicas Los compuestos carbonílicos presentan puntos de ebullición más bajos que los alcoholes de su mismo peso molecular. No hay grandes diferencias entre los puntos de ebullición de aldehídos y cetonas de igual peso molecular. Los compuestos carbonílicos de cadena corta son solubles en agua y a medida que aumenta la longitud de la cadena disminuye la solubilidad.

Síntesis Ozonólisis de alquenos Tratamiento con KMnO 4 en caliente de alquenos . Este método sólo es válido para la preparación de cetonas. Hidratación de alquinos Hidroboración-oxidación de alquinos Acilación de Friedel-Crafts del Benceno Oxidación de alcoholes Reacciones La reacciones de los aldehídos y cetonas son esencialmente de tres tipos; adición nucleofílica, oxidación y reducción .

Adición nucleofílica Debido a la resonancia del grupo carbonilo

la reacción más importante de aldehídos y cetonas es la reacción de adición nucleofílica cuyo mecanismo es el siguiente:

Siguen este esquema la reacción con hidruros ( NaBH 4, LiAlH4 ) donde Nu- = H- y la reacción con organometálicos (RMgLi, RLi) donde Nu- = R -.


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Adición nucleofílica de alcoholes

Adición de amina primaria

Adición de Hidroxilamina

Adición de hidracinas

Adición de Ácido Cianhídrico

Oxidación


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Reducción Hidruro

Hidrogenación

Reducción de Clemmensen

Reacción de Wolff-Kishner


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DETALLES EXPERIMENTALES Materiales Tubos de Ensayo Pirex. Gradilla. Pisceta. Probeta Graduada de 10 mL Cocinilla Eléctrica. Bicker de 250 mL.

Reactivos Muestras de Estudio: o

Acetaldehído (en algunos casos se usara el Formaldehído).

o

Benzaldehido.

o

Acetona

Solución de Fehling A – Solución de Sulfato de Cobre. Solución de Fehling B – Solución alcalina de Tartrato Doble de Sodio y Potasio. Reactivo de Tollens – Solución de Nitrato de Plata Amoniacal. Solución de 2, 4 – Dinitrofenilhidrazina – 2, 4 – DHF. Permanganato de Potasio. Acido Sulfúrico. Hidróxido de Sodio al 5%. Lugol. Bicarbonato de Sodio. Agua Destilada. Etanol.


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Éter.

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

1. Propiedades Físicas. Características Organolépticas: Se vierte en un tubo de ensayo (diferente para cada muestra) 1mL. De las muestras en estudio, luego se procede a determinar las características organolépticas de olor y color. Anote sus apreciaciones.

Solubilidad: En tres tubos de ensayo coloque 1 mL. de agua destilada luego agregue a cada uno de los tubos, gota a gota, las tres muestras de estudio. Observe y anote sus resultados. Se debe repetir esta experiencia reemplazando el agua por etanol y luego por éter, e igualmente observe y anote los resultados.

2. Aldehídos y Cetonas. Reducción de la Solución de Fehling: Se coloca en un tubo de ensayo en proporciones 1: 1 las soluciones de Fehling A y Fehling B. A la solución formada se le añade 1mL. de la muestra de estudio (un tubo de ensayo para cada muestra). Se pone a calentar un bicker con agua y se coloca dentro de este, en baño maría los tres tubos de ensayo hasta ebullición.


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Reacción de Tollens: Colocar en tres tubos de ensayo 1mL. de las muestras de estudio a ensayar; luego se añade 1mL del reactivo de Tollens. La reacción positiva depositara en las paredes del tubo de ensayo un espejo de plata. Si esto no ocurriese, caliente el tubo de ensayo en baño maría. Si aun después de calentar no se produjese el espejo de plata tómese la prueba como negativa.

Reacción con la 2, 4 – Dinitrofenilhidrazina: Se disuelve 0.5mL. de cada una de nuestras muestras de estudio con 1 mL. de etanol en tres tubos de ensayo. Se agrega gota a gota la solución de 2, 4 – DFH. (10gotas aproximadamente) Hasta que forme precipitado. Si no se formara precipitado agregue dos gotas más del reactivo y espere.

Reacción con Permanganato de Potasio al 1%: En tubo de ensayo que contenga 1mL. de permanganato de potasio al 1% se le agregan tres gotas de acido sulfúrico concentrado. Agregue cinco gotas de muestra y se espera la reacción, se repite el mismo proceso para cada una de las siguientes muestras de estudio.

Reacción con Ácido Concentrado: Colocar en tubo de ensayo 1mL de acetaldehído y con cuidado agregue dos gotas de acido sulfúrico concentrado.


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Percátese al tacto con el tubo de ensayo si es que hubo algún cambio de temperatura. Deje enfriar y añada 3mL. de agua destilada. Luego de observar los resultados repita la experiencia par la acetona.

Reacción del Haloformo: En tres tubos de ensayo colocar 0.5 mL de las tres muestras de estudio y agregar 1mL de una solución de hidróxido de Sodio al 5%. Luego añadir lugol hasta q la coloración de cada uno de los tubos de ensayo se torne amarilla. Agite y caliente en un baño de agua aproximadamente por un tiempo de 5 minutos.

3. Ácidos Carboxílicos. Reacción con el Bicarbonato de Sodio: Coloque en tubo de ensayo 1mL de ácido benzoico y añada al tubo de ensayo 1mL de bicarbonato de sodio y calentar la solución resultante.


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DISCUSIÓN DE RESULTADOS

1. Propiedades Físicas. Características Organolépticas: Color Formaldehído

Incoloro

Benzaldehido

Incoloro

Acetona

Incoloro

Olor

Intensidad de Olor intermedia (irritante)

Agradable

Mayor Menor

Solubilidad: Agua

Etanol

Éter

Formaldehído

Soluble

Soluble

Benzaldehido

Insoluble

Soluble

Insoluble

Acetona

Soluble

Soluble

Soluble

Soluble (miscibilidad en proceso)

2. Aldehídos y Cetonas. COMPUESTOS CARBONILICOS Y GRUPO CARBOXILICO

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Reducción de la Solución de Fehling: Formaldehído: El reactivo de Fehling (azul) con formaldehído se decolora y se da la formación de un precipitado de color rojizo. El cual reconocemos como oxido cuproso.

Benzaldehido: En esta experiencia el benzaldehido teóricamente debería reaccionar con el reactivo de Fehling, pero esto sucede de forma parcial al ver que la solución que se encuentra en el tubo de ensayo se enturbia y forma dos fases, pero que no forma un precipitado de oxido cuproso, esto puede deberse a la deslocalización del anillo o a un problema de miscibilidad. Acetona: La cetona no reacciona ya que en este tubo de ensayo no se ve cambio en la miscibilidad, ni formación de ningún precipitado, lo que confirma que las cetonas no se oxidan.

E l reactivo de F ehli ng proporciona a partir de la mezcla de dos soluciones el ión cúprico, que en medio alcalino se encuentra en forma de un complejo cupro – tartárico que oxida a los aldehídos pero no a las cetonas. De acuerdo con la siguiente reacción general:


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La formación del precipitado rojo de oxido cuproso es una prueba positiva de los aldehídos. Reacción de Tollens: Formaldehído: La reacción del formaldehído con el reactivo de Tollens es instantánea sin la necesidad de suministrar calor al tubo de ensayo. Benzaldehido: El benzaldehido al igual que el formaldehído reacciona pero de una manera mas lenta, pero sin la necesidad de aplicar calor al tubo de ensayo. Acetona: En el caso de la acetona esta no reacciona ni rápidamente ni a una velocidad intermedia por lo cual es necesario aplicarle calor durante un tiempo que aproximadamente fue de 5 minutos pero dando positivo a la formación del espejo de plata.

E l reactivo de Tollens contiene el ión plata en forma de un complejo amoniacal, el ión plata se reduce a plata metáli ca, formando un espejo de plata, en la presencia de aldehídos que se oxidan a su vez a sus respectivos ácidos y que luego forman sales. L as cetonas pueden dar una prueba positiva siempre y cuando se le de un calentamiento excesivo. E ste proceso con el reactivo de Tollens se expresa mediante la siguiente reacción general:


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Reacción con la 2, 4 – Dinitrofenilhidrazina: Formaldehído: Con esta muestra el 2, 4 – DHF da un precipitado de color amarillo además, la reacción fue instantánea esto se debe a que no esta presente ningún resto alquímico cuya densidad electrónica impida o dificulte la reacción. Benzaldehido: Con esta muestra el 2, 4 – DHF da un precipitado de color naranja, esta reacción se ve dificultada por la nube estérica del anillo bencénico, motivo por el cual hace que este proceso demore. Acetona: Con esta muestra el 2, 4 – DHF da un precipitado de color naranja oscuro casi rosado, para producir este precipitado se necesito de un exceso en el uso de 2, 4 – DHF.

Tanto los aldehídos como las cetonas se identifican por la formación de 2, 4 – dinitrofenilhidrazonas, obteniéndose un precipitado, si el producto es amarillo, esto indica la presencia de un compuesto carboníli co saturado, si se torna de color naranja indica la presencia de α , β i nsaturado y si fuese rojo esto indica que es una cetona o un aldehído aromático. Para la experienci a se cumple la siguiente reacción general:


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Reacción con Permanganato de Potasio al 1%: Formaldehído: Con el formaldehído se produce una reacción rápida donde el color de la solución violeta dada por el permanganato de potasio cambia a marrón, lo que indica una reducción del Mn +7 a Mn+4 y también indicaría que el aldehído se esta oxidando. Benzaldehido: Con el benzaldehido se produce una reacción muy lenta esto se debe particularmente a la nube estérica del anillo bencénico así como la deslocalización del mismo, al igual que con el formaldehído el color de la solución violeta dada por el permanganato de potasio cambia a marrón, lo que indica una reducción del Mn +7 a Mn+4 y también indicaría que el aldehído se esta oxidando, Acetona: En este caso, con la acetona no se produce reacción ya que la coloración no cambia, es decir se mantiene violeta; esto indica que las cetonas no se oxidan como ya se había visto al realizar el ensayo con el reactivo de Fehling.

Reacción con Ácido Concentrado: Acetaldehído:


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Al reaccionar con el acido sulfúrico concentrado, se ve un desprendimiento de burbujas y un leve calentamiento del tubo de ensayo por la formación del paraformaldehído al agregar el agua este regresa al acetaldehído, esto se debe a que en presencia de sustancias higroscópicas se pueden obtener acetales por condensación. Como la reacción es reversible y los aldehídos se recuperan en medio ácido y presencia de agua esta reacción se utiliza para la protección del grupo funcional. Acetona: En este caso no se produce ningún desprendimiento de calor con el acido sulfúrico concentrado, ni tampoco se produce desprendimiento de burbujas.

Reacción del Haloformo: Formaldehído: En este caso el formaldehído no reacciona con hidróxido de sodio, la solución sigue incolora.

Benzaldehido: Al hacer reaccionar el benzaldehido con hidróxido de sodio se producen dos fases en el tubo de ensayo la superior de color rojizo oscuro (cuyo color deducimos que se debe al lugol)

y

la

fase

inferior


amarilla.

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Acetona: En el caso de la acetona esta reacciona por completo con el hidróxido de sodio y el lugol, el tubo se ve completamente amarillo y después de sometérsele a calor este no decolora.

E l carácter ácido de los hidrógenos alfas se utiliza en la reacción del haloformo que es producida por las metilcetonas. Cuando tales compuestos se tratan con halógeno y base fuerte, se obtiene un compuesto trihalometano. Usando yodo como halógeno, el Trihalometano formado es un precipitado amarillo de olor característico llamado Yodoformo. Se conocen el cloroformo, bromoformo y yodoformo, de aquí el nombre de Haloformo. Se rigen bajo la siguiente reacción general:

CH3 -CO-CH3 + 3I2 + 4NaOH CH3-COONa+ CHI3 +3NaI + H2O

3. Ácidos Carboxílicos. Reacción con el Bicarbonato de Sodio: Al hacer reaccionar el acido acético con el bicarbonato de sodio se puede ver el desprendimiento de un gas y efervescencia, reconocemos este gas como gas de dióxido de carbono. Esta reacción tiene como fundamento la siguiente reacción general:


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NaHCO3 + HAc




NaAc + CO2 + H2O

Donde Ac es la base conjugada del acido.

REACCIONES QUIMICAS Reducción de la Solución de Fehling: Formaldehído:

+ NaOH + CH 3CHO  CH3COONa + Cu2O ↓ +

Benzaldehído:

+ NaOH + ΦCHO  ΦCOONa + Cu2O ↓ + Acetona:


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No se Produce Reacción

Reactivo de Tollens: Formación del reactivo de Tollens: AgNO3 + NH4OH  Ag (NH3) OH Formaldehído: CH3 – CHO + Ag (NH3) OH  CH3COOH + NH3 + Ag0 + H2O

Benzaldehído: Φ – CHO + Ag (NH3) OH  Φ COOH + NH3 + Ag0 + H2O

Acetona: CH3 – CO – CH3 + Ag (NH3) OH  CH3CH2COOH + NH3 + Ag0 + H2O

Reacción con 2, 4 – Dinitrofenilhidrazina: Formaldehído: CH3 – CHO + H 2 NNC6H3 (NO2)2  CH3CH=NNC6H3 (NO2)2 + H2O Benzaldehído: Φ – CHO + H2 NNC6H3 (NO2)2  Φ CH=NNC 6H3 (NO2)2 + H2O

Acetona: CH3 – CO – CH3 + H2 NNC6H3 (NO2)2  CH3CH2CH = NNC6H3 (NO2)2 + H2O


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Reacción del Haloformo: Formaldehído:

CH3 -CO-H + 3I2 + 4NaOH CH3-COONa+ HI +3NaI + H 2O Benzaldehído: Φ-CO-CH3 + 3I2 + 4NaOH Φ-COONa+ CHI3 +3NaI + H2O

Acetona:

CH3 -CO-CH3 + 3I2 + 4NaOH CH3-COONa+ CHI3 +3NaI + H2O

Reacción con el Bicarbonato de Sodio:

NaHCO3 + CH3COOH



CH3COONa + CO 2 + H2O


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CONCLUSIONES 1. El aspecto físico y las solubilidades de las muestras de Formaldehído, Benzaldehído y Cetona concuerdan con los datos teóricos. 2. La solución de Fehling (Cu 2+) es un oxidante débil y podemos emplearlo para diferenciar un aldehído alifático de un aldehído aromático; ó también diferenciar un aldehído alifático de una cetona. En

el experimento el licor de Fehling reacciona únicamente con la muestra de

Formaldehído dando un precipitado rojo de Oxido de cobre II, mientras que las muestras de Benzaldehído y Acetona no reaccionan. 3. El reactivo de Tollens (Ag+) es un oxidante débil que se emplea para determinar selectivamente la presencia de un aldehído. El reactivo de Tollens reacciona con un aldehído precipitando plata metálica (espejo de plata) ó formando un precipitado negro de plata. Durante la práctica, la formación inmediata de un espejo de plata para la muestra de Formaldehído; y el precipitado negro de plata para la muestra de Benzaldehído (con el posterior baño maría). 4. La 2,4-dinitrofenilhidrazina reacciona con las cetonas y aldehídos (Grupo carbonilo) para dar compuestos sólidos de color amarillo ó anaranjado.


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Las muestras analizadas durante la práctica forman precipitados de color anaranjado comprobándose los datos mencionados. 5. Los aldehídos son compuestos fácilmente oxidables con oxidantes comunes, esto no ocurre con las cetonas que son más estables a la oxidación; esto se demuestra en el ensayo con Permanganato de potasio al 1% que oxida las muestras de Formaldehído y Benzaldehido, pero no la de Acetona. 6. La reacción del Yodoformo, que emplea Lugol y NaOH, se emplea para determinar la presencia de Metilcetonas, que dan un precipitado cristalino de Yodoformo, esto claramente se observa en la parte experimental al tratar la muestra de Acetona. 7. Haciendo reaccionar Bicarbonato de sodio con un Ácido carboxílico podemos determinar la presencia de este, al observar como se desprende de este, burbujas de gas CO2.

RECOMENDACIONES, PROPÌEDADES Y USOS Formaldehído: es un gas incoloro, que tiene propiedades antisépticas. Es muy soluble en agua y una solución al 37% es llamada formalina. La formalina mata bacterias, es usado como desinfectante y preservante de piel. Acetona y metiletilcetona son utilizados como solventes. La metadona una molécula más compleja tiene propiedades analgésicas. Se usa como substituto de la morfina y en el tratamiento en la adicción de heroína. Aldehídos y cetonas naturales los encontramos como: los azucares son polihidroxialdehídos o cetonas; la vitamina K poseen la estructura de una cetona. Muchos aldehídos y cetonas tienen olor y sabor agradable: vainillina, benzaldehído. Se usan en la industria de alimentos.

BIBLIOGRAFÍA T. W. Graham Solomons, Craig B. Fryhle. Organic Chemistry. Editorial Wiley, John & Sons, Incorporated. Octava Edición. 2003. pp. 662 – 671.


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