ALGUNAS PRUEBAS QUIMICAS DE ALCOHOLES Y FENOLES. Carlos González, Daniel Hoyos, Jolber Causil, Jeraldin Montiel Facultad de Ciencias Básicas, Departamento de Biología, Universidad de Córdoba-Colombia
Introducción. Los alcoholes y los fenoles son compuestos orgánicos oxigenados que pueden considerarse como productos de sustitución del agua, es decir, que uno de los átomos de hidrogeno del agua es reemplazado por radicales orgánicos. Los alcoholes son los compuestos orgánicos que poseen el radical hidroxilo –OH. La sustitución que se hace de un hidrogeno por un OH en la estructura aromática del benceno se conoce como fenol. Los alcoholes se clasifican en primario, secundario, o terciario dependiendo el carbono al que esta enlazado el OH y estos se obtienen según el tipo de radicales. (McMurry, J., 2001.)1 Esta práctica fue realizada en el laboratorio de química orgánica de la universidad de córdoba, en donde se tuvo como finalidad el reconocimiento de diferentes alcoholes y fenoles mediante algunas reacciones para diferenciar sus propiedades físicas y químicas de los mismos; se aplicaron pruebas como la de solubilidad en agua de algunos compuestos tales como el metanol, n-butanol, sbutanol, t-butanol y fenol, beta-naftol, estos dos últimos fenoles son inmiscibles en agua, lo cual lo hace diferente a los alcoholes que de lo contrario son miscibles o solubles. Del mismo modo se procedió a reaccionar los alcoholes (metanol, nbutanol, s-butanol, t-butanol) con sodio metálico para clasificar o reconocer de acuerdo sus características físicas y velocidad de reacción cada uno de estos en primarios, secundarios y terciaros. En la anterior prueba se obtuvo que el sbutanol fue quien tuvo una velocidad reacción más alta y también mostró un desprendimiento de calor y de gas (t-butanol fue el último en reaccionar y no desprendió gas). Para la prueba de oxidación con permanganato de potasio en donde a tres tubos adicionarles KMnO4 a cada uno (a un tubo se le agrega NaOH y a otro H2SO4, uno se deja neutro), se observa el cambio de color (morado) y las reacciones del compuesto (metanol) con los reactivos mencionados detallando la rapidez de esta. Otro ensayo realizado fue la oxidación de los alcoholes 1º,2º y 3º al agregarle a cada uno dicromato de potasio y H2SO4, en donde el t-butanol ni el s-butanol tuvieron alguna reacción (cambio de color). Por último se ensayó la acidez de los fenoles, realizados con los compuestos: n-butanol, Ciclohexanol, fenol, B- naftol a cada uno se les agrego gotas de NaOH para ver la reacción
ocurrida entre su enlace -OH el cual es cambiado a su sal o convertido en acido carboxílico una sustancia más débil, debido a la ruptura de su enlace en su estructura, sin duda estos métodos cuantitativos son prácticos y precisos para la determinación de este tipo de compuestos, todos los ensayos fueron llevados a cabo con éxito y se obtuvieron los resultados esperados.
METODOLOGIA Para el análisis cuantitativo de este laboratorio se tuvieron en cuenta distintos procedimientos para las pruebas químicas de alcoholes y fenoles, entre esos tenemos:
PRUEBA DE SOLUBILIDAD (MISCIBILIDAD): En un tubo de ensayo se agregaron 5 gotas de etanol y seguidamente se le agrego 1mL de agua; se observaron los resultados y se hicieron las respectivas anotaciones. El procedimiento anterior se repitió pero utilizando n-butanol, sec-butanos, t-butanol, fenol y β-butanol.
REACCIONES QUIMICAS DE LOS ALCOHOLES: REACCION CON SODIO METALICO: En un tubo de ensayo limpio y seco se agregó 5 gotas de etanol y seguidamente se le adiciono Na metálico (pequeña porción), se dejó reposar y se anotaron los resultados obtenidos. El procedimiento anterior se repitió utilizando n-butanol, sec-butanol, tbutanol con este procedimiento se compararon las velocidades de reacción.
OXIDACION CON KMnO4 DIFERENTES VALORES DE pH: Para este procedimiento se preparó una solución de prueba utilizando 5mL de metanol (CH3OH) a 45mL de agua. Luego de tener la solución lista se agregaron 2ml de esta solución a tres tubos de ensayos. Después de lo anterior en el primer tubo se agregó 2 gotas de NaOH al 10%, al segundo tubo se le agrego dos gotas de H2SO4 al 10% y el tercero se dejó neutro. Luego a cada tubo de ensayo se le agrego 5 gotas de solución acuosa de KMnO4 y se dejó reposar por unos minutos, se anotaron las observaciones correspondientes.
3
2
1
En la figura 1 se muestra los resultados obtenidos después del procedimiento de oxidación con KMnO4. Figura 1 resultados obtenidos en la oxidación con KMnO4.
OXIDACION DE ALCOHOLES 1°, 2°, 3° CON DICROMATO DE SODIO (Na2CrO7): En un tubo de ensayo se agregaron 10 gotas de n-butanol y seguidamente 5 gotas de Na2CrO7 al 10% y 5 gotas de H2SO4 concentrado. Se agito el tubo de ensayo y se anotaron las observaciones. En este procedimiento el método empleado fue unos sistemas de agitación que permiten acelerar el proceso aumentando la velocidad de la difusión de las moléculas desde la capa límite hacia el seno de la solución (mazinger cap1/1-3-1). El procedimiento anterior se repitió utilizando sec-butanol y t-butanol en lugar de n-butanol. En la figura 2 se muestra los resultados del procedimiento de oxidación de alcoholes 1°, 2°, 3° con dicromato de sodio.
Figura 2 resultados de la prueba con dicromato de sodio.
PRUEBA DE ACETATO: Se escogió un tubo de ensayo limpio y seco, se le adiciono 10 gotas de H2SO4 concentrado a una mezcla de 10 gotas de etanol absoluto y 30 gotas de ácido acético (CH3COOH), se calentó al baño de maría, luego utilizando hielo se dejó enfriar. Después se lo anterior se tomó el tubo de ensayo que contenía la muestra y se depositó en un Beaker que contenía una mezcla de 20mL de salmuera fría. En el procedimiento anterior se anotó el olor característico de acetato de etilo (CH3COOCH2CH3)
ACIDEZ DE LOS FENOLES: Se escogieron 4 tubos de ensayos, en el tubo de ensayo 1 se agregó 10 gotas de n-butanol, en el tubo de ensayo 2 se le agrego 10 gotas de Ciclohexanol, en el tubo 3 se agregó 10 gotas de fenol y al último tubo se le agregó 10 gotas de β-naftol. Para terminar este procedimiento a los 4 tubos de ensayos se le adicionaron 5 gotas de NaOH al 10%, se agito cada tubo y se anotaron las observaciones. El la figura 3 se muestran los resultados del procedimiento de fenoles.
n- Butanol
Ciclohexanol
Fenol Fenol
B- naftol
B Figura 2 resultados obtenidos en la prueba de acidez. Resultados y Análisis. Se lograron hacer algunas pruebas químicas de los alcoholes y fenoles como fueron: la prueba de solubilidad o miscibilidad, reacción con sodio metálico, oxidación con permanganato de potasio a diferentes valores de pH, oxidación de alcoholes y la acidez de los fenoles, en las cuales se tomaron una pequeña
cantidad de los compuestos y se hacían reaccionar con diferentes soluciones (NaOH al 10%, H2SO4 concentrado y al 10%, H2O, KMnO4 y Na2Cr2O7 al 10%).
Prueba de solubilidad o miscibilidad: Se logró hacer la prueba de miscibilidad en agua de algunos alcoholes y fenoles como son: etanol, n-butanol, sec-butanol, tbutanol, fenol y β-naftol, se tomó 5 gotas de cada compuesto en un tubo de ensayo diferente y se le agrego 1 ml de agua a cada tubo de ensayo, los valores obtenidos fueron depositados en la siguiente tabla:
solvente
Soluto
Estructura Miscibilidad Evidencia
H2O
Etanol nbutanol secbutanol tbutanol
CH3CH2OH
H2O H2O H2O
Miscible
una fase
Miscible
una fase
Miscible
una fase
Miscible
una fase Dos fase
H2O
Fenol
Inmiscible
H2O
β-naftol
Inmiscible
Dos fase
En los datos de la tabla se logra observar que los alcoholes son miscibles en agua debido al bajo peso molecular de ellos, por la disposición espacial de las moléculas y también por el grupo (-OH) el cual permite formar puentes de hidrogeno con las moléculas del agua y viceversa, lo que hace que se reduzca las diferencias de atracción de las moléculas lo que permite que los dos líquidos puedan mezclarse, mientras que los fenoles sucede todo lo contrario, aunque presentan el puente de hidrogeno la proporción de carbonos respectos a la cantidad de –OH es muy baja, por lo tanto no permite que los fenoles sean miscibles en agua.
Reacción con sodio metálico: Se logró hacer reaccionar 5 gotas de cada compuestos (etanol, nbutanol, s-butanol y t-butanol) con sodio metálico, los valores obtenidos se depositaron en la siguiente tabla: Sustrato Estructura Reactivo Reacción Evidencia
n-butanol
Sodio metálico Sodio metálico
s-butanol
Sodio metálico
Etanol
t-butanol
CH3CH2OH
Sodio metálico
+ + + +
Desprende gas (H2) No desprende gas Desprende gas (H2) No desprende gas
Al hacer reaccionar los diferentes compuestos con sodio metálico, se logró notar que el primero en reaccionar fue el s-butanol, en el cual hubo desprendimiento de gas, debido a que este tiene polaridad del enlace oxigeno-hidrogeno, lo cual le confiere la capacidad de atraer más fácilmente los electrones de otro compuestos para interaccionar con ellos y también lo hace suficiente acido para reaccionar con los metales activos como lo es el sodio metálico, los mismo que sucede con el n-butanol que reacciono de segundo y el etanol que reacciono de tercero, el último en reaccionar fue el t-butanol, el cual pertenece a un alcohol terciario y tiene poca velocidad de reacción debido a que este tiene mayor impedimento estérico de parte de los carbonos hacia el oxígeno, disminuyendo así su poder de atracción y de reacción.
Oxidación con KMnO4 a diferentes valores de pH:
Se logró hacer la prueba de oxidación con KMnO4 a diferentes valores de pH, en la cual se tomó una pequeña cantidad de metanol y se mezcló con agua y luego se depositó en tres tubo de ensayo a los cuales se le agrego al primero sodio (NaOH), al segundo ácido sulfúrico (H2SO4) y el ultimo se dejó neutro, en los cuales se logró notar un cambio de coloración como se observa en la imagen de lado izquierdo al agregarle a cada tubo de ensayo el permangato de potasio (KMnO4), el primer tubo presenta un color morado oscuro, debido a que reacciono más rápido y el cambio de color fue más oscuro que los demás ya que contenía hidróxido de sodio que es una base y reacciona al agregarle el permanganato de potasio, el segundo tubo 1 2 3 de ensayo que contenía la mezcla y el ácido NaOH H2SO4 Neutro sulfúrico, la cual no reaccionó tanto debido a que estaba en un medio ácido y por último el tercer tubo ensayo que contenía la solución neutra reaccionó de ultimo al agregarle el permanganato de potasio, debido a que está solo contenía metanol con agua, el metanol pertenece a un alcohol primario los cuales son pocos tendientes a oxidarse. Esto cambios de colores obtenidos fueron debido a la oxidación del metanol por la reacción de óxido reducción. Reacciones ocurridas con KMnO4:
Con H2SO4 (pH acido):
Con NaOH (alcalina o base)
Neutra
Oxidación de alcoholes 1º, 2º y 3º con dicromato de sodio (Na2Cr2O7): Se depositó 10 gotas de cada compuestos (n-butanol, sec-butanol y t-butanol) en cada uno en su tubo ensayo respectivamente y se le agrego dicromato de sodio al 10%, el cual actúa como un catalizador dentro de cada una de las reacciones y ácido sulfúrico al 10% para así lograr hacer la oxidación de los alcoholes y lograr hacer su clasificación, el primer en reaccionar fue el tubo de ensayo N° 1 el cual contenía el n-butanol más la solución, lo cual quiere decir que pertenece a un alcohol primario debido a que estos reaccionan más rápido que los demás, se notaron unos cambios de coloración a media que trascurría el tiempo, en el cual se observan dos capas una de color azul y la otra en el fondo de color azul oscuro, el segundo en reaccionar fue el tubo de ensayo N° 2 el cual contenía el sec-butanol, el cual reaccionó tanto al agregarle el dicromato de sodio con el ácido sulfúrico, por lo tanto corresponde a un alcohol secundario los cuales no reaccionan tan rápido y se notó un cambio de color azul en la solución y por último el tubo de ensayo N° 3 que contenía el t-butanol, el cual no reacciono al agregarle el dicromato de potasio con ácido sulfúrico y no hubo cambios de coloración, por lo tanto pertenece a un alcohol terciario debido a que estos no reaccionan con estas soluciones.
En la imagen del lado izquierdo se observa los tres tubos de ensayo, en el N° 1 el alcohol primario, el N° 2 el alcohol secundario y el N° 3 el alcohol terciario.
En la imagen superior se observan las reacciones dadas con los alcoholes, en el caso del n-butanol el cual al reaccionar cambia en su en enlace –OH en donde se forma finalmente un ácido carboxílico en su estructura, el sbutanol forma una cetona y el t-butanol no reacciona con la acción del dicromato de potasio /H2SO4. (Imágenes: Wingrove S. Mexico,1984)2
Acidez de los fenoles: Se tomaron diferentes soluciones (n-butanol, ciclohexanol, fenol y β-naftol) y se le agrego hidróxido de sodio (NaOH) al 10%, para lograr determinar la acidez de los fenoles ya que ellos tienen un carácter ácido debido al grupo fenilo o fénil negativo y reacciona con las bases para formar sales llamadas fenóxidos los cuales están estabilizado por resonancia, todos las soluciones reaccionaron haciendo un cambio de color al agregarle hidróxido de sodio menos el ciclohexanol, debido a que tiene un grupo –SH más débil que las demás soluciones, el cual hace que las cadenas carbonadas produzcan un efecto sobre el ácido, el cual acerca sus electrones de los enlaces –OH que pierde el protón y pasa O– por lo que este efecto desestabiliza la molécula haciéndolo menos acido, por lo tanto el ciclohexanol tienen menor acidez que las demás soluciones.
En la imagen del lado izquierdo se observa los tubos de ensayo, el primero de color blancuzco, el segundo de color café, el tercero de color transparente y apariencia grasosa y el último de color crema.
En este caso se observa que ni el n-butanol, ni el Ciclohexanol reaccionan con el NaOH, debido a que no son tan ácidos como los fenoles y la reacción tiene que darse acido-base, por lo tanto no forman sales u otro tipo de reacción, en cambio el fenol y el B- naftol obtiene las reacciones mostradas en las imágenes:
Fenol + NaOH
B- naftol
ANEXOS 1. ¿De los tres alcoholes butílicos isoméricos (n-, sec- y ter-butanol) cual es el más soluble en agua? ¿Cuál es el menos soluble en agua? ¿Se mantiene este orden generalmente para tres alcoholes isoméricos primarios secundarios y terciarios? Ofrezca una explicación de estos hechos.
2. Escriba la ecuación balanceada para la reacción del sodio con n-butanol. ¿Ocurrirá esta reacción más o menos fácil que la del sodio con el agua? ¿Qué tipo de compuesto es el n-butóxido de sodio (producto)? 3. Comparar la velocidad de reacción hacia el sodio metálico de los alcoholes butílicos, primarios, secundarios y terciarios. ¿Puede usted explicar, con base a la estructura, el orden de reactividad observado? ¿Cuál es la base más fuerte, el ion n-butóxido, el ion s-butóxido o el ion t-butóxido? 4. Comparar la facilidad relativa de oxidación de los alcoholes butílicos primarios, secundarios, terciarios hacia el dicromato en medio ácido. ¿Podría ser predicho en parte este orden de reactividad? 5. ¿Cuál entre el etanol absoluto y el etanol al 95% v/v es un disolvente mejor para sustancias iónicas? Para sustancias covalentes?
DESARROLLO 1. De los tres alcoholes butílicos isoméricos el que tiene mayor solubilidad en el agua es el isómero terciario (ter-butanol) y el que tiene menos solubilidad en agua es el primario (n-butanol), los alcoholes suelen clasificarse en primarios, secundarios y terciarios según que el carbono al que está unido el hidroxilo este unido a uno, dos o tres carbonos, respectivamente. Metanol, etanol, n-propanol y n-butanol son alcoholes primarios; isopropanol y sec-butanol son alcoholes secundarios y terbutanol es un alcohol terciario. 2. La ecuación balanceada para la reacción del sodio con n-butanol es la siguiente:
Esta reacción ocurre con menor facilidad que la que se presenta con el agua, esto se debe por la presencia de carbonos y a la reacción del agua es algo violenta. El n-butóxido es un compuesto básico 3. El alcohol butílico primario reacciona más rápidamente que otros isómeros. En el caso de los alcoholes terciarios el grupo OH se encuentra unido a tres carbonos y los enlaces de este tipo de compuestos son muy difícil de romper y se necesita calor para que se produzca una reacción. El orden de reacción es n-butanol seguido del sec-butanol y finalmente el tbutanol; la base más fuerte que se deriva de estos alcoholes es el ion terbutóxido, puesto que al estar más ramificado y sin presencia de hidrógenos en el carbón terciario, este será menos ácido. 4. La reacción del n-butanol con el sodio da como resultado un compuesto de enlace sencillo de formula molecular C4H10ONa y de cadena sencilla, esto debido a que el grupo OH se encuentra en un extremo de la cadena está unido a un solo carbono. Los alcoholes secundarios forman acetonas y solo en condiciones muy drásticas se rompe la cadena de carbonos formando mezclas de ácidos y los alcoholes terciarios son muy resistentes a agentes oxidantes. En la reacción se libera oxígeno, esta afirmación se puede realizar fácilmente conociendo la estructura del compuesto y se compara la velocidad de reacción hacia el sodio metálico de los alcoholes butílicos primarios. 5. Entre el etanol absoluto y el etanol al 95%, es un mejor disolvente para las sustancias iónicas es seguro utilizar el etanol al 95%, porque presenta asociación a sus moléculas con las del agua; para las sustancias covalentes se recomienda utilizar el etanol absoluto, puesto que se encuentra en un estado puro y resulta como salida para disolventes de compuestos orgánicos.
Conclusión. En el presente trabajo se logró hacer algunas pruebas químicas de alcoholes y fenoles, donde se logró hacer la prueba de solubilidad o miscibilidad con agua de diferentes compuestos, reacción con sodio metálico donde se logró determinar la velocidad de reacción de los compuestos utilizados, oxidación de los alcoholes con dicromato de potasio a diferentes valores de pH, acidez de los fenoles y clasificación de los alcoholes primario, secundario y terciarios. La prueba de
acetato no se logró efectuar, debido a que arrojó unos resultados erróneos ya que el olor que produjo no era el característico del acetato de etilo, para las realizaciones de estas pruebas se debe trabajar con los materiales limpios y secos debido a que afecta a los resultados ya que pueden ser erróneos y también afecta a las reacciones de las soluciones, la polaridad es uno de los factores que afecta a la solubilidad de los compuestos debido a que esta ejerce una fuerza intermolecular que son sobre pasadas entre moléculas similares o sea polares, formándose entonces interacciones moleculares más fuertes e intensas entre las moléculas del soluto y el solvente. Los alcoholes y fenoles son utilizados en las industrias y en las ciencias como solventes y combustibles, debido a su baja toxicidad y disponibilidad para disolver sustancias no polares.
REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS
1. McMurry, J. 2001. Química Orgánica. 5a. edición. Internacional Thomson Editores, México. 2. WINGROVE S. Química orgánica. Editorial industria. Segunda edición. México 1984.Pp467. 3. MORRISON R.T. y Boyd, R.N., 1990. Química orgánica 5ª. Edición Addison Wesley interamericana, México. 4. Roger w. & Griffin Jr. (1981). Química Orgánica Moderna. Barcelona, España Reverté S.A 5. Callejas. G.V, Montagut, J.A, & Suarez. J.J. (2010). Análisis de las propiedades de los alcoholes y fenoles. Recuperado de http://es.scribd.com/doc/50160547/ANALISIS-DE-LAS-PROPIEDADESDE-LOS-ALCOHOLES-Y-FENOLES#download
