ALDEHÍDOS Y CETONAS Yasmin Camacho a, Laura Alejandra Manchola b, Ángela Viáfarac
[email protected],
[email protected],
[email protected]. Universidad del valle, Facultad de Ciencias Naturales y Exactas, Departamento de Química, Cali – – Colombia. Fecha de realización: 15 de mayo del 2012 Fecha de entrega: 22 de mayo del 2012
En esta práctica se observaron e identificaron las diferentes reacciones de aldehídos y cetonas, usando pentanal y etilmetilcetona. Principalmente las reacciones que involucran el grupo carbonilo (C=O), para así identificar las diferencias y/o similitudes de los aldehídos y cetonas a la hora de participar en una misma reacción. Palabras claves: Pentanal, etilmetilcetona, grupo carbonilo, adición nucleofílica, deshidratación.
INTRODUCCION Y OBJETIVOS PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL Al trabajar con pentanal y etilmetilcetona, se debe asegurar asegurar antes de usar estas sustancias que ambas estén totalmente incoloras, de lo contrario indicaría que están contaminadas y no se podría llevar a cabo ninguna reacción. En los procedimientos que sea necesario agitar es importante hacerlo por buen tiempo, constantemente y con mucha fuerza para así poder lograr una buena reacción, y en caso de formación de fases permitir que se formen y se separen lo mejor posible. Aparte, se prepara un baño maría inverso, que consiste en colocar hielo en un recipiente para así contar con agua fría en caso de que una reacción tenga dificultades de realizarse. 1. En un tubo de ensayo se adicionaron 1.0 mL de pentanal pentanal e igual cantidad de solución saturada de bisulfito de sodio, se agito fuertemente y se colocó en el baño maría inverso, pasados unos 3-4 minutos se volvió a agitar fuertemente hasta que se observó la formación de dos fases. Se apuntaron las observaciones y se desechó el producto en su respectivo recipiente. 2. En un tubo de ensayo se adicionaron 1.0 mL de solución de 2,4dinitrofenilhidracina y 0.5 mL de pentanal, se agitó fuertemente y en poco tiempo se observó la formación del precipitado y la fase acuosa, no fue necesario el baño maría inverso, se apuntaron las observaciones y se desechó el producto en su respectivo recipiente.
3. En un tubo de ensayo se adicionaron 0.5 mL de benzaldehído y 2.5 mL de solución alcohólica de hidróxido de potasio al 30%, se agito fuertemente e inmediatamente la muestra se solidificó (formación de benzoato de potasio). Para filtrar los cristales obtenidos se utilizo el método de filtración al vacio (ver Fig.1) que consta en la formación de un vacío por un escape de agua, este vacío hace que toda humedad de los cristales desaparezca y queden totalmente secos. Una vez secos los cristales, se les adicionó 1 gota de agua para diluirlos, posteriormente se adicionaron 0.5 mL de HCl al 10%, se agitó suavemente y se observó la formación de un precipitado. Se apuntaron las observaciones y se desechó el producto en su respectivo recipiente.
FIGURA 1. Esquema del método de filtración al vacío.
4. En un tubo de ensayo se adicionan 1.0 mL de agua, 8 gotas de etilmetilcetona y 2.0 mL de yoduro de potasio, después se agregan 6 gotas de solución de hidróxido de potasio al 10% y se lleva al fuego. Se calienta por unos 20 minutos hasta que se nota un cambio de color de pardo a transparentoso. Se apuntaron las observaciones y se desechó el producto en su respectivo recipiente.
DATOS, CALCULOS Y RESULTADOS Sustrato
Antes de la reacción
Reactivo
Después de la reacción
Pentanal
Pentanal
Bisulfito de sodio
Incoloro
Etilmetilcetona
Benzaldehído
Etilmetilcetona
2, 4dinitrofenilhidracina
2, 4dinitrofenilhidracina 1. Sol. Alcohólica de KOH al 30% 2. HCl al 10% Yoduro de potasio + KOH al 10%
Fase superior acuosa incolora con un leve color amarillento, en el fondo se formaron cristales de apariencia gelatinosa y blancuzca. Se forman dos fases, fase superior con precipitado naranja y en el fondo una fase acuosa de color naranja translucido. Precipitado naranja claro endurecido, no hay fase acuosa. Precipitado blanco suspendido en un líquido translucido. Amarillo translucido, casi incoloro
ANALISIS DE RESULTADOS 1. Reacción con bisulfito de sodio: 2. Formación de fenilhidrazonas: Este tipo de reacción es la adición de un derivado nitrogenado (2,4-dinitrofenilhidracina), se da por adición nucleofílica y la reacción es la misma tanto en el aldehído como en la cetona ya que solo involucra al grupo carbonilo. Esta es la razón por la cual no presenta fase acuosa como el pentanal, ya que no hay tanta deshidratación. Primero el O del grupo carbonilo debido a su alta electronegatividad toma los electrones π del
enlace con el carbono, causando una carga positiva en este, no se forma carbonatión ya que mientras se pierden los electrones π, el par de electrones
libres del nitrógeno de la hidracina van entrando para reponer la carga, es decir, hay un intermediario del carbono pentavalente (S N2). El nitrógeno al perder su par de electrones libres, pierde su estabilidad y toma una carga positiva, por lo tanto libera un protón H + para recuperar el par de electrones.
Después, el oxígeno que al iniciar la reacción tomo el par de electrones π,
quedo con exceso de electrones tomando una carga negativa, la cual va a llamar al protón H+ liberado por el nitrógeno para formar un grupo hidroxilo (OH). Este grupo hidroxilo sale tomando los electrones que lo unen al carbono, saliendo como OH y dejando al carbono con una carga débilmente positiva, la cual es estabilizada por la liberación de un protón H + nuevamente por parte del nitrógeno, pero esta vez el par de electrones se dirigen hacia el carbono formando un doble enlace con el nitrógeno. Así se da lugar a la hid razona, (2,4dinitrofenilhidrazona), el grupo hidroxilo con carga negativa se une con el protón H+ y forman agua, por esto la fase acuosa presente en el tubo de ensayo pues hay una liberación de agua (deshidratación). Aunque esta reacción tiene el mismo mecanismo tanto para aldehídos como en cetonas, la etilmetilcetona al tener el carbono del grupo carbonilo totalmente sustituido es menos reactivo, por razones estéricas para la entrada del NH 2 de la hidracina, por esto el tubo de ensayo perteneciente a esta reacción no presentó ninguna fase acuosa, únicamente un precipitado que al ponerse en el baño maría inverso se solidificó completamente.
3. Reacción de Cannizzaro: En la reacción de Cannizzaro se hace reaccionar un aldehído con una base fuerte, produciendo una sal de acido carboxílico con un alcohol. En esta práctica se hiso reaccionar a temperatura ambiente benzaldehído con solución alcohólica de hidróxido de potasio al 30% (se solidifico debido a que se formo benzoato de potasio), luego de filtrar se le adiciono HCl para precipitar el acido benzoico que se ha formado.
Mecanismo de reacción:
4. Prueba de yodoformo:
En esta práctica se hizo reaccionar etilmetilcetona con yodo en yoduro de potasio e hidróxido de potasio, dando como resultado un líquido amarillo pálido
o translucido que se llama yodoformo y un carboxilato. Lo cual quiere decir que la reacción dio positivo a la prueba de yodoformo. La acetona cuando está en un medio básico (hidróxido de potasio en este caso) y suficiente cantidad de halógeno (3I 2), resulta trihalogenada:
Cuando esta acetona trihalogenada es calentada en medio básico, se transforma en el haloformo correspondiente y el acetato.
Mecanismo:
SOLUCION AL CUESTIONARIO 1. ¿La reacción del bisulfito de sodio es general para todos los aldehídos y cetonas? Explique su respuesta. 2. ¿Cuáles otras sustancias dan positiva la prueba del yodoformo?, ¿Es esta prueba general para todas las cetonas y por qué? R/ las sustancias que dan positivo a la prueba de yodoformo son metilcetonas y metilcarbinoles y el acetaldehído. Esta prueba de yodoformo no es general para todas las cetonas, solo sirve con las metilceonas; porque en las metilcetonas la halogenacion puede continuar hasta el producto trihalógeno, el cual bajo condiciones alcalinas es inestable y reacciona con OH - para formar un carboxilato y haloformo (yodoformo).2 Jaramillo L, M. Dirección de educación desescolarizada, Química Orgánica general. Colombia. Universidad del Valle, Vicerrectoria académica. 2002. 58.
3. En un cuadro escriba las principales reacciones de aldehídos y cetonas.
Reacción
Explicación
Ejemplo
Formación de hemiacetal y acetal
Hidratación (Adición de agua)
Adición de reactivos de Gringard y acetiluros
Reacción reversible, reaccionan con los alcoholes en medio ácido ya que el alcohol es un nucleófilo débil, para así formar hemiacetal y en caso de exceso de alcohol se forma un acetal1LAURA.
Reacción reversible, el problema reside en que los aldehídos y las cetonas pierden agua rápidamente y no se pueden asilar 2LAURA. Reacción irreversible, utilizada generalmente para sintetizar alcoholes. Los reactivos de Gringard se comportan como carbonos nucleofílicos y se obtiene como producto alcoholes 1 o, 2o o 3o 3LAURA.
Reacción reversible, se obtienen Adición de cianohidrinas con cianuro de un catalizador hidrógeno básico ya que éste convierte el HCN en ion cianuro para que actué como nucleófilo4LAURA.
Adición de nitrógeno
Se forma un producto intermediario tetraédrico no estable, por lo tanto pierde agua y se obtiene una imina5LAURA.
Se reducen fácilmente a alcoholes 1o Reducción (aldehídos) y 2o (Adición de (cetonas). Se H al enlace utilizan hidruros carbonometálicos para oxígeno) atacar nucleofílicamente y agua para hidrolizar 6LAURA.
Oxidación
Los aldehídos se oxidan más fácilmente, esta reacción es utilizada para diferenciar aldehídos y cetonas, pues el aldehído reduce el agente oxidante en mayor proporción
y rapidez
.
4. ¿Cuáles son los agentes reductores y oxidantes utilizados con mayor frecuencia en las reacciones de aldehídos y cetonas? R/ Con respecto a la reducción de aldehídos y cetonas, éstos se reducen fácilmente a alcoholes primarios (aldehídos) y secundarios (cetonas). Los agentes reductores más comunes son hidruros metálicos, como el hidruro de litio y aluminio (LiAlH4) y borohidruro de sodio (NaBH 4), esto es debido a que su enlace metal-hidruro esta ionizado lo cual permite un ataque nucleofílico. (Ver ejemplo de reducción en el cuadro de la pregunta 3) Por otro lado, al hablar de oxidaciones de aldehídos y cetonas hay algo que impide que esta reacción sea tan fácil de llevar a cabo como una reducción, ya que las cetonas a diferencia de los aldehídos son muy difíciles de oxidar y se requieren condiciones especiales para llevar la reacción a cabo. Los agentes oxidantes que más se utilizan son: KMnO 4, CrO2, Ag2O (que se destaca porque oxida selectivamente sin atacar el doble enlace del carbono) y peroxiácidos.
FICHAS DE SEGURIDAD
CONCLUSIONES 1. Se concluyó que aunque los aldehídos y cetonas tienen el grupo carbonilo en común, no reaccionan de la misma manera en todas las reacciones, ya sea por motivos estéricos o por ausencia de H en el carbono del grupo funcional.
BIBLIOGRAFÍA 1LAURA. Hart, H; Hart, D; Craine, L. Química Orgánica. 9 Edición. México. McGraw-Hill Interamericana. 1995. 262-264. 2LAURA. Ibid. 266-267. 3LAURA. Ibid. 267-268. 4LAURA. Ibid. 270. 5LAURA. Ibid. 270-271. 6LAURA. Ibid. 272. 7LAURA. Ibid. 273-274.
