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Informe de laboratorio: REACCIONES DE ACIDOS CARBOXILICOS Y DERIVADOS

REPORTE DE LABORTORIO. QUIMICA ORGANICA II

REACCIONES DE ACIDOS CARBOXILICOS Y DERIVADOS

Grupo de química orgánica II, facultad de ingeniería química,, programa de ciencias básicas Universidad del Atlántico, km 7 antigua vía a puerto Colombia, espacio 205A, A.A 1890, Barranquilla, Barranquilla, Colombia.

Información del artículo Entregado :

Palabras claves: Solubilidad, ácidos, bases, hidrólisis, jabón .

I)

Práctica encaminada a la identificación de las propiedades físicas y químicas más relevantes de los ácidos carboxílicos tales como solubilidad y acidez. Los ácidos carboxílicos usados: ácido acético ( CH3COOH) y ácido benzoico (Ph-COOH) presentaron diferentes solubilidades en agua. Se hace un análisis de la reacción de éstos con bicarbonato de sodio y se plantean los mecanismos de reacción. A parte se consigna el procedimiento para la obtención de jabón a partir del ácido graso por medio de una hidrólisis básica.

INTRODUCCION

Los ácidos carboxílicos o ácidos orgánicos actúan como ácidos debido a que producen iones hidrogeno por la disociación de su grupo carboxilo,-COOH ca rboxilo,-COOH.. Éstos ácidos orgánicos o carboxílicos tienen

temperaturas de fusión y de ebullición más altas que los correspondientes alcoholes de igual peso molecular, debido a la mayor polaridad del grupo O-H y la formación de enlaces de hidrogeno a través del grupo carboxilo[1].

Resumen REACCIONES DE ACIDOS CARBOXILICO S Y DERIVADOS

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Los derivados de ácidos orgánicos se originan al reemplazar el grupo hidroxilo (OH-) de la función carboxilo por otros grupos. Entre los principales derivados de los ácidos carboxílicos se encuentran los halogenuros de acilo, los anhídridos orgánicos, los esteres carboxílicos y las amidas. El grupo funcional carboxilo, al estar formado por dos grupos funcionales, no presentan reacciones típicas del grupo carbonilo o del grupo hidroxilo. Estas estructuras muestran que tales moléculas son polares y, como los alcoholes, forman puentes de hidrogeno entre sí, así como con otras estructuras tales como el agua. [2]

Es importante resaltar que de los compuestos orgánicos que muestran acides apreciable, los ácidos carboxílicos son los más importantes. Los principales grupos funcionales de los ácidos carboxílicos se observan a continuación. [1]

Unido a un hidrogeno (HCOOH), a un grupo arilo (RCOOH) o a un arilo (ArCOOH). Sus olores infieren desde los fuerte e irritante del fórmico a acético en los ácidos alifáticos, hasta los abiertamente desagradable del butílico, valeriánico y caproico. No obstantes los ácidos superiores tiene muy poco olor debido a sus baja volatilidad. [2] Algunos ácidos carboxílicos tienen gran importante industrial; como es la situación del ácido acético. Los enlaces carbono-oxigenó, comunican a los ácidos carboxílicos propiedades típicas debido a: [3]

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1. formación de puentes H 2. Adición del enlace

3. Adición al grupo

4. Ruptura

(formación del grupo -grupo acilo)

5. Reducción a los alcoholes primarios 6. Activación a los 7. Pérdida del grupo COOH Los derivados de ácidos carboxílicos se relacionan muy de cerca con los ácidos carboxílicos, son compuestos a los que el grupo acilo se ha enlazado con un átomo o un sustitúyete electronegativo que puede actuar como un grupo saliente en una reacción de sustitución.

Los compuestos equivalentes a los hidratos de aldehído no existe en los ácidos carboxílicos;

pero

si

los

ortoésteres

equivalente a los acetales. [6]

Cabe anotar que la sustitución del grupo – OH produce ciertos derivados los cuales son: [4]

La química de todos los derivados es similar y está dominada por una reacción la cual es la reacción de sustitución nucleófilica en el acilo. [5] REACCIONES DE ACIDOS CARBOXILICO S Y DERIVADOS

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2. Ensayo de clasificación:

Los derivados de estos ácidos, lo haluros son los más reactivos, es decir son los que presenta mayor tendencia a perder el

Se tomaron cuatro tubos de ensayo y se colocaron 5 gotas de acido acético, una pizca de acido benzoico, una pizca de fenol y una piza de b-naftol respectivamente luego se agregaron a cada tubo 2 ml de solución de NaHCO3 al 5 %. Se agito y se miro si había desprendimiento de burbujas, por último se anotaron los cambios. (Lo llevado a cabo se muestra a continuación)

halógeno por una especie nucleófilica. El solo contacto con el vapor de agua de la atmósfera es trasformado en ácidos. [6] Las amidas son los menos reactivos hacia un ataque nucleofilico. Para hidrolizar las aminas esta debe de ser calentada hasta ebullición hacia un ácido o bases inorgánicos.

Acido acético

Acido

benzoico

La hidrólisis básica es una amina primaria, produce amonio y el ión carboxilazo y la hidrólisis ácida produce ácido carboxílicos e Ion amonio. [7]

II. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL  - naftol

Fenol

1. Solubilidad y acidez: Inicialmente se colocaron en tres tubos de ensayo 10 gotas de acido acético al primero y a los otros dos una pequeña cantidad de acido benzoico, después se agregó 2 ml de agua a cada uno de ellos, y al tubo que contenía la sustancia que no se solubilizó se le agregó 2 ml de hidróxido de sodio, se midió el pH de cada una de las sustancias, se observaron y se anotaron los cambios.


3. Hidrólisis de amidas: En un tubo de ensayo se colocaron 0.5 ml de acetamida luego se agrego 1 ml de hidróxido de sodio, se calentó hasta que hubo ebullición y observamos que se desprendió un olor a alcohol, esto fue para la hidrolisis acida, para la hidrolisis básica se realizó el mismo procedimiento pero se utilizó acido sulfúrico al 10% en lugar de hidróxido de sodio. También se midió el pH en los dos casos. (A Continuación se muestra lo obtenido) 2012.

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Hidrólisis básica

Hidrólisis acida

4. Hidrólisis de (saponificación):

ésteres

Esta última parte de la experiencia consistió en obtener jabón a partir de la saponificación. El procedimiento fue el siguiente: primero se colocó una pequeña cantidad de grasa animal (cerdo) en un tubo de ensayo grande se le agregaron 3 ml de hidróxido de sodio al 25 % y 3 ml de metanol, se calentó el tubo de ensayo en baño de maría hasta que la grasa se disolvió cuando esto sucedió se le adicionó 15 ml de hidróxido de sodio al 25 % en agua y se agitó fuertemente durante 3 minutos aproximadamente aquí se observo un precipitado de color blanco, este precipitado se recogió en un papel filtro y fue entregado al profesor.

Imagen A: procedimiento para obtención del jabón.

Imagen B. jabón obtenido

(Dicho procedimiento se muestra en la imagen A)

III. RESULTADOS Y DISCUSION Solubilidad y acidez: Para la primera parte de la experiencia de laboratorio se realizó la prueba de solubilidad y acidez, dando como resultado lo siguiente:


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Muestra

Medio Solubilidad pH

Ácido acético

Agua

Agua Acido benzoico

Soluble

El procedimiento esquemático se muestra a continuación, en la figura #1:

2

Acido

4

Acido

Figura #1: solubilidad y acidez

Si hubo solubilidad

No soluble

NaOH Soluble Acido benzoico al 10%

10

Básico

Tabla 1. Prueba de solubilidad y acidez.

Observando los resultados en la tabla 1 se puede corroborar que el acido acético es un acido carboxílico inferior ya que es soluble en

Si hubo

agua, además este medio aumenta su acidez

Solubilidad

como lo hace ver el pH. La solubilidad en agua se da gracias a que los ácidos carboxílicos forman puentes de hidrogeno con el agua, el cual se presenta con mayor frecuencia en los compuestos con la cadena carbonada más corta, como es el caso del

Las reacciones de solubilidad y la representación de las constantes de acidez para cada compuesto son las siguientes:

acido acético. Para el ácido acético: Es de notar que el acido benzoico no es soluble en agua, pero la mezcla de estos genera un medio acido, lo que indica que el acido benzoico es un acido carboxílico superior. Como el acido benzoico no es soluble en agua, se adiciona en medio básico y como muestra la tabla 1 esta vez sí es soluble, aunque al estar en un medio altamente básico el pH de la solución se ve alterado significativamente.


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Ensayo de clasificación: Para el ácido benzoico: O O

OH +

O

H2O

-

+

+

H3O

Como vemos un ácido carboxílico se puede disociar en agua para dar lugar a un protón y a un ion carboxílico. Los ácidos carboxílicos de masa molecular pequeña – hasta de cuatro átomos de carbono- son miscibles en agua, es por esta razón que el acido acético es totalmente soluble en agua y el acido benzoico es fuertemente insoluble. La reacción presentada entre el acido benzoico y el hidróxido de sodio se presenta a continuación:

En este ensayo se presentó un burbujeo al ser tratado con bicarbonato de sodio el ácido acético y el ácido benzoico, mientras que el fenol y el β -naftol no registraron reacción. Este ensayo se utiliza para identificar el ácido, de esta manera si se tiene un compuesto desconocido se trata con bicarbonato de sodio que al reaccionar liberando burbujas es posible que se trate de un ácido carboxílico. Esto se debe a que los ácidos carboxílicos reaccionan con bicarbonato de sodio para dar acetato de sodio, dióxido de carbono y agua. Las burbujas son de dióxido de carbono. En esta parte se obtuvieron los siguientes resultados:

Muestra

Medio

Observaciones

Acido acético

NaHCO3 al 5%

El compuesto se disolvió y al reaccionar produjo gran cantidad de burbujas.

Acido benzoico

NaHCO3 al 5%

Se produjo efervescencia con lo cual aparecieron burbujas.

Fenol

NaHCO3 al 5%

No hubo efervescencia, se formó un precipitado turbio.

- naftol NaHCO3 al 5%

No hubo reacción, se formo un precipitado.

O O

OH

+ NaOH

O

+

Na

+

+ H3O

El hidróxido de sodio como es una base fuerte desprotona completamente al ácido benzoico. El producto que se obtiene es el ion carboxilato, el sodio procedente de la base y agua. La combinación de un ion carboxilato y un catión es una sal de acido carboxílico. Esta sal de ácidos carboxílico (benzoato de sodio) presenta propiedades diferentes a las del ácido del cual procede el ácido benzoico, una de ellas es la solubilidad. La sal del ácido es totalmente soluble en agua.


Tabla 2. Ensayo de clasificación

En la tabla 2 se muestra las adiciones hechas en los tubos de ensayo. Analizando las observaciones es de establecer que el acido 2012.

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acético al disolverse en bicarbonato de sodio y producir CO2, el cual se desprende de la solución en forma de burbujas, es un acido carboxílico inferior. La reacción es la siguiente:

No hubo reacción Formación de precipitado.

CH3COOH+NaHCO 3 -

+

CH3COO Na + CO2 + H2O

El acido benzoico reacciona con el medio básico y forma una efervescencia, en la cual aparecen burbujas y al ser un acido carboxílico superior se produjo la sal correspondiente, benzoato de sodio, que se forma al separarse el grupo OH del acido benzoico para ser reemplazado por el sodio (Na).

O

O

+

H3C

NaHCO 3

OH

En el caso del fenol no hubo efervescencia, ya que este es un acido carboxílico superior, pero su parte orgánica es un anillo aromático lo que dificulta la disolución del mismo, aunque si forma sal al reaccionar en medio básico, no se da un burbujeo o CO2 en este proceso.

+ CO2 + H2O

H3C

Na

Hubo reacción y Presencia

El β – naftol no presento efervescencia al ser agregado a un medio básico, por lo cual se deduce que es un acido carboxílico de orden superior y que por sus dos anillos aromáticos se estabiliza a sí mismo de una forma tal que se hace un poco difícil de atacar por el sodio (Na) del medio para producir una sal.

De efervescencia

O


O OH

+ NaHCO3

Na

+ H2O + CO2

Figura #2: ensayo de clasificación

Hubo reacción y presencia de efervescencia


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Na

OH

+

+

NaHCO 3

H2O

En la tercera parte de la experiencia se desarrolló la hidrólisis de amidas cuyos + CO 2 resultados se muestran a continuación: Hidrólisis

Hidrólisis Básica No hubo reacción

los acidos carboxílicos se desprotona en presencia de la base débil, dando lugar a la sal sódica de ácido, dióxido de carbono, que escapa de la solución y agua. se puede comparar la acidez de los ácidos carboxílicos con la acidez de los fenoles. Estas diferencias rotundas en el potencial de hidrogeno se deben a que el ion alcoxilato del ácido carboxílico presenta resonancia entre los dos átomos de oxigeno. El rompimiento de enlace oxigeno-hidrogeno el ácido carboxílico requiere menor energía. La acidez va ligada a la capacidad de estabilizar el ion fenóxido, razón por la cual el fenol es mucho más ácido que el acido acético. Es

importante

resaltar

que

Hidrólisis Acida

Muestra

Medio

Acetamida NaOH al 10%

Acetamida

H2SO4 al 10%

Observacione s Presentó un olor fuerte parecido al amoniaco y un pH muy acido de 2. Presentó un olor a acido acético y un pH de 10.

La acetamida en medio básico se hidroliza y

forma un carboxilato de metal, lo que provoca ese olor fuerte parecido al amoniaco. Esta reacción se da mediante un ataque nucleófilo de parte del OH al grupo carbonilo, eliminando el NH 2 como amoniaco. En el caso de la acetamida disuelta en medio acido la reacción que se obtiene produce acido acético, el cual es lo que conforma el vinagre, lo que explica el olor que se percibió. La reacción es la siguiente:


Hidrólisis de amidas.

Las amidas pueden hidrolizarse en condiciones ácidas como básicas. Las amidas son derivados de ácidos carboxílicos bastantes estables y por tanto para su hidrólisis se requiere de condiciones muy fuertes es por esto que se calienta hasta el punto de ebullición.


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Figura #3: hidrólisis de amidas BASICA

Hidrólisis ácida

Si hubo reacción

ACIDA

Si hubo reacción

A continuación se muestra los mecanismo de reacción de la hidrólisis básica y acida.

Hidrólisis básica O H3C

En este caso la protonación de lugar al grupo carbonilo, lo que activa el ataque del agua como nucleófilo para obtener el intermediario, la protonación de grupo amino permite que se elimine como un amina.

-

HO

NH2

-

O H3C

NH 2 OH

O H 3C

-

OH

NH 2

O H3C O Na

NH3


Hidrólisis de ésteres (Saponificación). En esta parte se realizó una hidrólisis de ésteres, usando como reactivos la grasa (triéster de glicerol) con una solución de hidróxido de sodio. La reacción producida es una hidrólisis de ésteres promovida por una base, de las uniones éster de la grasa y el grupo alcoxi, en la reacción realizada da la 2012.

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formación de glicerol y el jabón (sales de ácidos grasos).

SOLUCION A INTERROGANTES E INQUIETUDES IV)

El mecanismo de la reacción que ocurre se presenta a continuación:

A) Como es la disociación del acetato de sodio en agua (parcial o total), el pH de esta solución será ́ básico o acido. Explicar con reacciones. R//. El acetato de sodio se disocia por completo según la ecuación:

El acetato reacciona con el agua según el siguiente equilibrio:

Donde:

Pero para calcular K H hay que tener en cuenta que el ácido acético formado por hidrólisis (AcH) se disocia parcialmente:

El procedimiento esquemático se muestra a continuación, en la figura #4: Figura

#4:

hidrolisis

de

Donde:

esteres.

(Saponificación) Si multiplicamos ambas constantes (K H y K a) tenemos que:

y


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B) Qu es una neutralización?

reacción

de

Una reacción de neutralización es una reacción entre un ácido y una base. Cuando en la reacción participan un ácido fuerte y una base fuerte se obtiene sal neutra y agua. Mientras que si una de las especies es de naturaleza débil se obtiene su respectiva especie conjugada y agua. Así pues, se puede decir que la neutralización es la combinación de cationes hidrógeno y de aniones hidróxido para formar moléculas de agua. Durante este proceso se forma una sal. Las reacciones de neutralización son generalmente exotérmicas, lo que significa que desprenden energía en forma de calor. [8]

La etanamida [1]. Se hidroliza en presencia de sosa acuosa, para formar etanoato de sodio [2]. El mecanismo de la reacción transcurre en los siguientes pasos:

Etapa 1. Ataque nucleófilo

Etapa 2. Eliminación

Generalmente la siguiente reacción ocurre:

Ácido + base → sal haloidea + agua C) En la hidrolisis básica de una amida sería fundamental el papel indicador? Porqu? Realmente es importante el papel indicador porque si bien las amidas son compuestos neutros, cuando son hidrolizadas se reconstituyen los compuestos que le dieron origen: el acido correspondiente y amoniaco, y el amoniaco es una base. El papel tornasol va a indicar cuando la reacción se produzca. Las amidas se transforman en aminas y ácidos carboxílicos por tratamiento con sosa acuosa bajo calefacción. [8]

Etapa 3. Equilibrio ácido base desplazado.

D) ¿De los derivados de acido por que las amidas son los compuestos menos reactivos hacia un ataque nucleofílico? R//: Las amidas son menos reactivas que los cloruros de ácidos, los anhídridos y los esteres, porque el N es menos electronegativo que el Cl y que él O. Estos átomos unidos directamente al C carbonílico al ser electronegativos le quitan densidad electrónica y así "colaboran" en dejarlo más


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susceptible para un ataque nucleofílico. Además, para una sustitución nucleofílica, es bueno que el grupo saliente sea menos básico, y esa condición la cumplen mejor los cloruros de ácido, los anhídridos y los esteres, cuyos grupos salientes serán el Cloruro, un ácido o un alcohol, que son todos menos básicos que una amina, que será el grupo saliente en el caso de una amida.

O H3C

OH

Ácido linolenico (AAL, AGPI n-3)

VI) CONCLUSIONES

E) Que se entiende por saponificación. ¿Cuál es la estructura química general de grasas y aceites? R//: Se entiende por saponificación la reacción que produce la formación de jabones. La principal causa es la disociación de las grasas en un medio alcalino, separándose glicerina y ácidos grasos . Estos últimos se asocian inmediatamente con los álcalis constituyendo las sales sódicas de los ácidos grasos: el jabón. Esta reacción se denomina también desdoblamiento hidrolítico y es una reacción exotérmica. [9] Las grasas y aceites están constituidas por una cadena larga de ácidos carboxílicos. Se le llama grasa a los triglicéridos sólidos a temperatura ambiente, mientras que los que son líquidos son conocidos como aceites. A Continuación se presentan algunas estructuras. O



de

reacciones

de

los

acido

carboxílicos en medios acido y básico

para

su

obtención,

se

estableció la identificación de estos compuestos, los distintos derivados de estos ácidos, su utilidad y importancia. 

Los ácidos carboxílicos con cadena carbonada más corta son más solubles en agua que aquellos que tienen mayor cantidad de carbonos, ya que a medida que aumenta la longitud de la cadena de carbono disminuye la solubilidad en agua.



Los ácidos carboxílicos reaccionan con bases para formar sales. En estas sales el hidrógeno del grupo OH se reemplaza con el ion de un metal, por ejemplo Na+. De esta forma, el ácido acético reacciona con bicarbonato de sodio para dar acetato de sodio, dióxido de carbono y agua. Los ésteres se obtienen por reacción de ácidos carboxílicos y alcoholes en presencia de ácidos minerales. La reacción se realiza en exceso de alcohol para desplazar los equilibrios a la derecha. La presencia de agua es perjudicial puesto que hidroliza el éster formado.

H3C

OH

Acido esteárico (saturado)

O H3C

OH

Acido linoleico (AGPI n-6)


Se llevaron a cabo los mecanismos

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

La hidrólisis básica de las amidas produce una sal de acido orgánico y amoniaco o aminas. La hidrólisis acida de las amidas produce acido orgánico libre y una sal de amonio.

VI) BIBLIOGRAFIA

[7]

[2] Morrison, R.T. y R.N. Boyd. Química orgánica. 5ª ed. Addison Longman de México S.A. de C.V. Capitulo: 23 acidos carboxilicos 802-834.

(1998); Wesley México página

[3] Paula Yurcanis Bruice. Química orgánica. 4ª ed. Capitulo 28. Ácidos carboxílicos paginas 623-646.

Charles.

California (1992) paginas: 327-348.

SKOOG.WEST.HOLLER.CROUCH.

Fundamentos de química Analítica Octava edición. Capitulo #14. Principios de las reacciones Acido- Base. Página: 373.

[9] L.G. Wade: Química Orgánica, Jr 5a edición, Capítulo 20: ácidos carboxílicos paginas: 900-934 [10] Tesis de grado:

Autor :

Cruz Coloma, Lenin Ulises García Cáceres, Grey Margoth

Director de Tesis:

Merino, Oderay

[4] PRIMO YÚFERA, Eduardo. Química orgánica básica y aplicada: de la molécula a la industria, Volumen 1, (1996). Editorial Reverte. 795 pág. [5] W. GRIFFIN, Rodger. Química orgánica moderna. (1981). Editorial Reverte. 345 pág. Capitulo 23: Aminas paginas: 402-430 [6] RUSEEL, Jhon B. Lorena, Alicia. Químicas.

Editorial

Mc

Graw-Hill

Latinoamericana, México (1998). Paginas:

Chemistry.

Editorial Wadsujoth publishing. Belmont

[8]

[1] John McCurry, Química Orgánica. 7 a edición, 2008. Capítulo 17: derivados de acidos carboxílicos y reacciones de sustitución nucleofilica en el acilo. Paginas: 843- 879.

MORTIMER,

Descriptores / Subjects : ELABORACIÓN TIPOS DE JABONES UTILIZANDO MÉTODO DE SAPONIFICACIÓN Fecha de Publicación :

2011

GUARANDA / UEB / 2011 UNIVERDAD ESTATAL DE BOLIBAR (UEB)

Ciudad: Editorial :

323-332.


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