INFORME ENSAYOS PRELIMINARES Olga Viviana Cárdenas Luna María Alexandra Badillo Laboratorio I de Química Orgánica Escuela de química Profesor: Julio R. Pinzón RESUMEN En este trabajo se describe las pruebas realizadas a diferentes sustancias organicas basadas en sus propiedades quimicas y fisicas como por ejemplo estado de agregacion, solubilidad, punto de fusion y de ebullicion, analisis elemental etc. Aunque de antemano ya se conocian las sustancias a analizar estos sencillos ensayos se utilizaron para estudiar su naturaleza, grupos funcionales y estructuras para luego compararlos con los datos que se encuentran en la literatura y asi conocer las cambios de las propiedades que se generan de una especie quimica a otra.
1. INTRODUCCION Los ensayos preliminares en la química orgánica permiten determinar por medio de pruebas sencillas algunas de las características físicas y químicas de una sustancia desconocida, examinar si el compuesto es orgánico o inorgánico y qué grupos funcionales hacen parte de su estructura molecular. Para realizar la identificación de un compuesto es necesario primero observar su color, olor y estado de agregación, característicos de cada estructura, esto permite identificar si una sustancia es homogénea o si es una mezcla, la forma del cristal en el caso de los sólidos, los grupos funcionales o si presentan impurezas, debido a que estas características son propias de cada compuesto.
Ensayo con papel indicador de pH La forma más económica, fácil y rápida de medir la naturaleza neutra acida o básica de las sustancias es utilizando papel indicador de pH. En el comercio se encuentran diferentes tipos de papel indicador, el más utilizado es el papel tornasol, del que hay varios tipos
Tabla No. 1 Papeles Indicadores y cambios de pH Papel indicador
Viraje del color
Rango del Ph
Papel tornasol azul
azul a rojo
8,0-5,0
Violeta a rojo
7,0-5,0
violeta a azul
7,0-8,0
Rojo a azul
5,0-8,0
Papel tornasol neutro Papel tornasol rojo Prueba de Ignición
En la prueba de ignición se estudia el comportamiento de una sustancia cuando es calentada intensamente. Mediante esta prueba se puede determinar la naturaleza orgánica de un compuesto debido a que cuando ocurre la combustión se produce humo y un residuo negro que es carbón, también es importante observar la llama porque muestra información sobre los elementos que conforman el compuesto.
Acción De Ácidos Y Bases. La acidez de las moléculas se asocia con los protones y la basicidad con iones hidróxido. Se estudian principalmente las siguientes técnicas para analizar la solubilidad de los compuestos: a. Solubilidad en Hidróxido de sodio al 10%. b. Solubilidad en Bicarbonato de sodio al 10%. c. Solubilidad en ácido clorhídrico al 5%. d. Solubilidad en ácido sulfúrico concentrado y frio. e. Solubilidad en solventes apolares. f. Solubilidad en solventes polares. g. Solubilidad en disolventes polares apróticos.
Prueba de Instauración Activa Ensayo con Bromo y Tetracloruro de Carbono Es una prueba que indica la presencia de instauración es aquella en la cual el color del bromo desaparece sin que se desprenda bromuro de hidrogeno (HBr). Esta aclaración es válida para explicar que el desprendimiento de HBr indica que tuvo lugar una reacción de sustitución y no de adicción.
Ensayo de Baeyer con permanganato de potasio al 2 %. Los compuestos que tienen enlaces etilenos o acetilénicos reaccionan con solución diluida al 2% de KMnO4. Los alquenos en frio forman glicoles (compuestos con dos grupos hidroxiloen carbonos adyacentes), según procede la reacción, el color purpura del ion permanganato se remplaza por un precipitado marron de dióxido de manganeso, debido a este cambio de coloración, se puede utilizar esta reacción como una prueba química para distinguir alquenos de alcanos, los cuales normalmente no reaccionan. Sin embargo debe advertirse que muchos compuestos organicos debido a la presencia de impurezas, puede dar una ligera coloración.
Ensayo de instauración activa El grado de instauración activa representa el número de enlaces dobles que pueden reaccionar, presentes en una molécula. Se desarrollan las siguientes técnicas: a. Reacción de Friedel-Crafts b. Ensayo con bromo en tetracloruro. c. Ensayo de Baeyer con permanganato de potasio al 2%.
Además del análisis elemental de los compuestos orgánicos para detectar ciertos átomos dentro de una sustancia química orgánica pura, también encontramos otro tipo de análisis en los cuales vemos involucradas otras sustancias que nos permitirán hacer rupturas en las moléculas generando nuevos compuestos con características y propiedades diferentes al compuesto puro lo cual nos indicara la presencia de átomos dobles enlaces que nos irán guiando hacia la identificación de la sustancia pura; como por ejemplo la identificación de carbono para compuestos volátiles como el metanol o el
etanol o muchas veces cuando los líquidos no se descomponen para formar carbono elemental o compuestos de alto punto de fusión para lo cual es necesario usar otro método aparte de la carbonización o la exposición de la sustancia a la llama directa que deja como residuo hollín; un método comúnmente utilizado se basa en agregar oxido de cobre (II) (es un agente oxidante) a la muestra problema y se calienta generando el desprendimiento de CO2 este se hace pasar por el tubo de desprendimiento hacia una solución de Ba(OH) o Ca(OH) que al hacer reacción con el CO2 forma un precipitado de color blanco de CaCO3 o BaCO3 en la solución según sea el caso y el agua es condensada sobre las paredes del tubo.
+
M u e s tra
C O
2
+
C uO
B a (O H )2
C O
2
+
BaC O
C u
3
+
+
H 2O
H 2O
También podemos determinar Nitrógeno, Azufre y halógenos mediante un método llamado fusión sódica, que utiliza sodio metálico como elemento de descomposición de las sustancias orgánicas y convierte los átomos especificados en sus formas iónicas. Si el nitrógeno muestra una reacción muy lenta se puede tratar con otro método como el de Lassaigne (método directo) y el de Will-Warrentrapp (método indirecto). En el método de Lassaigne se utiliza cianuro de sodio (compuesto iónico) que viene formado en la fusión sódica y que al hacerlo reaccionar con sulfato ferroso y cloruro férrico que da como producto ferrocianuro férrico, que es conocido como azul de Prusia.
2. RESULTADOS
PRUEBAS PRELIMINARES Las pruebas preliminares contenidas en la práctica No. 1 se le realizaron a las siguientes sustancias conocidas: Figura No. 1: estructuras de los compuestos analizados
Isooctano
Acido Cinámico
Aminoacetofenona
N-bromosuccinimida
Acido 4-aminobenzoico
Cloruro de sodio
Tolueno
Acido Aminobencenosulfonico
Ciclohexanol
Sacarina
Hexano
Cetona
agua
Cloroformo
Etanol
dimetil sulfoxido
Fuente: http://www.chemspider.com/ Tabla No. 2: Propiedades Cualitativas: Estado físico, Color y Olor MUESTRA Isooctano Acido cinámico Aminoacetofenona N-bromosuccinimida Acido 4-aminobenzoico Cloruro de sodio Tolueno Ácido Aminobencenosulfonico Ciclohexanol Sacarina Acetona Cloroformo
ESTADO FISICO Liquido Solido (cristalino) Solido (cristalino) Solido Solido Solido (cristalino) liquido Solido (granular) liquido Solido (cristalino) Liquido Liquido
COLOR
OLOR
Transparente
gasolina
Blanco (crema)
canela
Amarillo pardo
Sin olor
Amarillo Blanco
Cloro Sin olor
Blanco
Sin olor
Transparente
Quemado, dulce y muy fuerte
Blanco
Sin olor
transparente
Alcohol (mentol)
blanco
Sin olor
Transparente Transparente
removedor de esmalte Dulce penetrante
Tabla No. 3: resultados prueba de Ph con papel indicador MUESTRA Isooctano Acido cinámico Aminoacetofenona N-bromosuccinimida Acido 4-aminobenzoico Cloruro de sodio Tolueno Ácido Aminobencenosulfonico Ciclohexanol Sacarina Acetona Cloroformo
VIRAJE DE COLOR Rosado Rosado Rosado Rosado Rosado Azul Azul Rosado Rosado Azul Rosado Rosado
NATURALEZA Acida Acida Acida Acida Acida Básica Básica Acida Acida Básica Acida Acida
Figura No. 2: Prueba de pH con papel indicador
Aminoacetofenona
Acido Aminobenzoico
Tolueno
Acido Aminobencenosulfonico
Sacarina
Acetona
Fuente: autores
Tabla No. 4: Resultados prueba de ignición MUESTRA Isooctano Acido cinámico Aminoacetofenona N-bromosuccinimida Acido 4-aminobenzoico Cloruro de sodio Tolueno
Color de la llama
Carácter de la llama
Formación de residuo
Amarilla Amarillanaranja Amarilla No presenta Amarillo -naranja Naranja claro Amarilla
intensa
No
Poco intensa
Si (solido)
Poco intensa No presenta
Si (liquido) No presenta
Poco intensa
Si (liquido)
Poco intensa intensa
Si (solido) No
Poco intensa
Si (solido)
Intensa
No
Ácido Aminobencenosulfonico Ciclohexanol Sacarina Acetona
Amarillonaranja Amarillo-azul Amarillo naranja Amarillo azul
Intensa
Si (liquido
Poco intensa
No
azul
Poco intensa
No
Cloroformo
Tabla No. 5: resultados acción de ácidos y bases Solubilidad en NaOH al 10 %
Solubilidad en NaHCO3 al 10%
Solubilida d en HCL al 10%
Isooctano Acido cinámico
I I
I I
I I
Solubilidad en H2SO4 concentrad o I I
Aminoacetofenona N-bromosuccinimida Acido 4-aminobenzoico
I S I
I I I
S S I
S S I
Cloruro de sodio Tolueno
I I
I I
I S
I I
MUESTRA
Ácido Aminobencenosulfonico
I
S
I
S
Ciclohexanol Sacarina Acetona
I I S
I S I
S I S
S S S
Cloroformo S=Soluble I=Insoluble
S
I
S
S
Figura No. 3: Solubilidad en NaOH al 10 %
Figura No. 4: Solubilidad en NaHCO3 al 10%
Figura No. 5: Solubilidad en HCL al 10%
Figura No. 6: Solubilidad en H2SO4 concentrado
Tabla No. 6: solubilidad en solventes polares, apolares y aproticos Solubilidad en heptano Solventes
Solubilidad en isopentanol
Solublidad en DMF
En T. ambient e
En calient e
En T. ambient e
En calient e
En T. ambient e
En calient e
Hexano
S
S
I
S
S
S
Tolueno
I
I
S
S
S
S
Agua
I
I
I
I
I
S
Etanol
S
S
S
S
S
S
S
S
S
S
S
S
Acetona Dimetilsulfoxid I I o
S=Soluble
S
S
S
I=Insoluble Figura No. 7: Solubilidad en Isopentanol a temperatura ambiente
Tabla No. 7: Pruebas de instauración activa
S
MUESTRA
Isooctano Acido cinámico Aminoacetofenona N-bromosuccinimida Acido 4-aminobenzoico Cloruro de sodio Tolueno Ácido Aminobencenosulfonico Sacarina Ciclohexanol Acetona Cloroformo
Reacción con Bromo en tetracloruro al 2% Rojo Incoloro Rojo Rojo Incoloro Amarillo Rojo Rojo Incoloro Rojo Incoloro Rojo
Reacción con KMnO4 al 2% Purpura Marrón Marrón Marrón Marrón Purpura Naranja-marrón Marrón Rojo-marrón Marrón Purpura Purpura
Figura No. 8: Prueba Reacción con Bromo en tetracloruro al 2% para: (de izquierda a derecha) Isooctano, acido cinámico Aminofenona y cloroformo
Figura No. 9: Prueba Reacción con Bromo en tetracloruro al 2% para: (de izquierda a derecha) Nbromosuccinimida, Acido 4-aminobenzoico, Cloruro de sodio, Tolueno, Ácido Aminobencenosulfonico, Sacarina, Ciclohexanol.
Figura No. 10: Reacción con KMnO4 al 2% (de izquierda a derecha) Isooctano, Acido cinámico, Aminoacetofenona, N-bromosuccinimida, Acido 4-aminobenzoico, Cloruro de sodi, Tolueno, Ácido Aminobencenosulfonico, Ciclohexanol, Sacarina, Acetona y Cloroformo.
Tabla No. 8: Ensayos de aromaticidad Reacción de Friedel-Crafts Muestra Cloruro de Sodio Ciclohexanol Ácido p-aminobenzoico Tolueno Isooctano Sacarina
Coloración muestra + CHCl3 Incoloro Incoloro Incoloro Incoloro Rosada Incoloro
Coloración tubo AlCl3 sublimado Incoloro Incoloro Incoloro Incoloro Incoloro Incoloro
Tabla No. 9: Ensayo de aromaticidad - formaldehido-ácido sulfúrico Muestra Cloruro de Sodio Ciclohexanol Ácido p-aminobenzoico Isooctano Sacarina
Coloración Marrón claro Amarillo oscuro Marrón amarillo Marrón claro
Tabla No. 10: Ensayo de aromaticidad – Cloruro férrico al 2.5% Muestra Cloruro de Sodio
Acuosa (coloración) Amarillo
Ciclohexanol
Dos fases: amarillo, blanco turbio Dos fases: negro, precipitado blanco Dos fases: amarillo, blanco turbio Amarilla amarilla
Ácido p-aminobenzoico Tolueno Isooctano Sacarina
No acuosa (coloración) Naranja con precipitado blanco Naranja con precipitado blanco Marrón con precipitado Dos fases: amarillo, naranja Naranja Naranja con precipitado blanco
Figura No. 11: Ensayo de aromaticidad – Cloruro férrico al 2.5%
Figur a No. 12: Ensayo de cloruro férrico – Acuosa
Tabla No. 10: Reconocimiento de los elementos por los diferentes métodos de análisis elemental.
sustancia
Prueba de la fusión sódica
Identificación de Nitrógeno
Aminofenona
Café oscuro (negro)
Azul verdoso
Iodobenceno
Acetofenona Cisteína
Incoloro Amarillo pastel Amarillo claro
Identificación de Azufre Tubo1 Tubo2 café
café claro
Precipitado(negro )
Sin cambio
Sin cambio
blanco
Sin cambio
Sin cambio
azul
amarillo
Purpura
Identificación de Halógenos Precipitado NH4OH No Si (amarill o limón pálido) Si blanco Si blanco
-oinsolubl e insolubl e soluble
Tabla No. 11: Reconocimiento de los elementos por los diferentes métodos de análisis elemental.
N° Tubo
Resultados de las pruebas
Prueba de la fusión sódica
Presencia de nitrógeno
Presencia de azufre
1
Aminofenona
+
+
2
Iodobenceno
+
3
Acetofenona
4
Cisteína
Presencia de halógenos yodo
bromo
Cloro
-
-
-
-
-
-
+
-
-
-
-
-
-
-
-
+
+
+
-
-
-
Figura No. 13: Estructuras de Las Sustancias Analisizadas en la practica No. Dos
Fuente: autores Figura No. 14: Fusión Sódica
Continuación figura 14.
O
O H2N
O
CH3
NH
CH3
H3C
H2N
p - A mS i n o f e n o n a O
H3C
O
S a c a rin a
c ic lo h e x a n o
H 3C O CH3
1-phenylethanone
OH
CH OH 3
I s o cGt al inc O oi n a
Á c id o c in á m ic o
Figura No. 15: Estructuras de los compuestos analizados en las pruebas de solubilidad
Tabla No. 12 Resultados Pruebas De Solubilidad N° tubo
Muestra
1
Ciclohexanol
solubilidad agua Éter etílico Inmiscible -----
2
Acido
Insoluble
-----
NaOH 5%
NaHCO3
HCl
H2SO4
Inmiscible
-----
Inmiscible
Miscible
insoluble
----
insoluble
Soluble
3 4 5 6 7
cinámico Sacarina Isooctano Aminofenona Glicina Acetofenona
Insoluble Inmiscible Insoluble Soluble Inmiscible
------------Insoluble -----
soluble Inmiscible ----Inmiscible
Soluble -------------------
----inmiscible soluble -----inmiscible
----inmiscible ---------miscible
Tabla No. 13: Clasificación de grupo de Solubilidad
N° Tubo 1 2 3 4 5 6 7
muestra Ciclohexanol Acido cinámico Sacarina Isooctano Aminofenona Glicina Acetofenona
Polaridad Muy baja
Clasificación N
Poco polar
N
Media- alta baja Media baja Alta Media baja
A1 M B S2 N
Tabla No. 14: Solventes Solvente Éter etílico
Polaridad Poco polar
Agua
polar
HCl NaOH NaHCO3 H2SO4
Disuelve aminas (iónico) Detecta ácidos (iónico) Sub- clasifica los ácidos Sub-clasifica las bases
Estructura H3C
O O
H Cl Na
O O
Na O O HO
S O
Tabla No.15: Puntos de Fusión y de Ebullición
H
H H
OH OH
CH3
3. ANALISIS DE RESULTADOS
PROPIEDADES CUALITATIVAS En la tabla No. 2 se muestran los resultados de las propiedades físicas (estado de agregación, color y olor) de 12 sustancias, los compuestos saturados como el Isooctano, la acetona y el Ciclohexanol son líquidos incoloros, al igual que el tolueno, que aunque este sea un hidrocarburo aromático insaturado, su estructura presenta enlaces deslocalizados que estabilizan la molécula haciendo que la luz interaccione poco con los electrones de los átomos que la conforman. Ácidos orgánicos como el ácido cinámico, el ácido 4-aminobenzoico y el ácido pAminobencenosulfonico son sustancias solidas de color blanco pero se pueden diferenciar por la forma de sus cristales y el olor en el caso del ácido cinámico que huele a canela, el Isooctano, el tolueno, el Ciclohexanol, la acetona y el cloroformo presentan características iguales en cuanto al color y al estado de agregación todos son compuestos líquidos transparentes que mediante el olor, se pueden llegar a identificar, ya que cada uno tiene un olor característico por ejemplo, el Isooctano tiene un ligero olor a gasolina, la cetona a removedor de esmalte y el cloroformo tiene un olor bastante fuerte y penetrante.
Figura No 16: estado de agregación y coloración de algunos de los compuestos analizados
Isooctano
Acido 4-Aminobenzoico Ácido
Acido Cinámico
Aminoacetofenona
Cloruro de sodio
Tolueno
Sacarina
Cloroformo
Aminobencenosulfonico Para el ensayo de pH con papel indicador se utilizó papel tornasol neutro cuyo viraje de color era de violeta a rosado si la sustancia era de carácter ácido y de violeta a azul si la sustancia era básica. En la tabla No. 2 se puede observar que el Isooctano, el ácido cinámico, la Aminoacetofenona, la N-bromosuccinimida, el ácido Aminobenzoico, el Ácido Aminobencenosulfonico, el Ciclohexanol, la acetona, y el cloroformo dieron coloración rosada; el cloruro de sodio, el tolueno y la sacarina son sustancias de carácter básico puesto que en la prueba el papel tornasol cambio de violeta a color azul. Algunos de estos ácidos se caracterizan por tener la presencia de un átomo de hidrogeno polarizado positivamente, que se puede dar por dos razones: aquellos que contienen un átomo de hidrogeno enlazado a un oxigeno electronegativo (O-H) y
aquellos como la cetona que contienen un átomo de hidrogeno unido a un átomo de carbono cerca de un enlace carbonilo C=O.
Figura No. 16: Disociación de la cetona
La acidez de la acetona y otros compuestos con enlace C=O se debe al hecho de que la base conjugada resultante de la perdida de H + se estabiliza por resonancia, además una de las formas resonantes estabiliza la carga. Cuando hay presencia de un enlace O-H la acidez se debe al hecho de que la base conjugada resultante de la pérdida del H + se estabiliza porque su carga negativa se encuentra en el átomo de oxígeno.
Las bases orgánicas se caracterizan por la presencia de un átomo con un par de electrones no enlazados que pueden enlazar al H+. Compuestos con nitrógeno y oxigeno también pueden actuar como bases orgánicas. Figura No. 17: Estructura De la Sacarina
En la tabla No. 3 se presentan los resultados de las pruebas de ignición de los compuestos estudiados en la práctica
El Isooctano presento una llama amarilla no tan brillante y sin residuo, concuerda con las características de combustión de un hidrocarburo alifático. Figura No. 18: prueba de ignición Isooctano
Acido cinámico, Aminoacetofenona, ácido Aminobencenosulfonico, ácido aminobenzoico presentaron humo negro, llamas amarillentas y brillantes pequeñas que indica la instauración en sus estructuras, la diferencia está en que el residuo del ácido cinámico , el ácido Aminobencenosulfonico y el ácido aminobenzoico es sólido negro y el de la Aminoacetofenona es un líquido negro. Figura No. 19: Acido cinámico, Aminoacetofenona, Acido Aminobenzoico
n-bromosuccinimida: paso a estado líquido y luego se volatilizo
cloruro de sodio no ardió en la llama, residuo de color blanco (sodio) esto indica que es una sal metálica. Figura No. 20: Prueba de Ignición Cloruro de Sodio
tolueno: una llama amarilla, brillante y fuliginosa que indica alta instauración y un
elevado número de átomos de carbono en la molécula, característica de los hidrocarburos aromáticos. Figura No. 20: Prueba de Ignición tolueno
Ciclohexanol: Llama luminosa, brillante, y de alta intensidad, un poco azul en la parte inferior debido al grupo hidroxilo en la molécula.
Figura No. 21: Prueba de Ignición Ciclohexanol
Sacarina: llama amarilla-naranja brillante, que muestra la instauración y la estructura cíclica que hay en la molécula.
Acetona: llama pequeña de color azul, poco brillante, clara, propio de compuestos oxigenados como las cetonas.
Figura No. 22: Prueba de Ignición Sacarina
Figura No. 23: Prueba de Ignición Acetona
Cloroformo: llama poco intensa de color azul indica que es un compuesto polihalogenado. Figura No. 25: Prueba de Ignición Cloroformo
En La tabla No. 5 Se Encuentran Los Resultaos De Las Pruebas de acción acido-base. De acuerdo con la definición de Bronsted Lowry un ácido es una sustancia que dona un protón H+, y una base es la sustancia que lo acepta. Según esta definición, una molécula debe tener un hidrógeno que pueda donar y una base debe poseer un par de electrones para compartir con el protón. Entre los ácidos fuertes de Bronsted-Lowry se encuentran el ácido clorhídrico y el ácido sulfúrico ya que tienden a ceder un protón muy fácilmente, el Ciclohexanol y la 4aminoacetofenona son receptores de protones y deben poseer oxígeno o alquenos por lo tanto son bases así que son solubles en ácido sulfúrico.
Figura No. 26: Mecanismo de reacción del Ciclohexanol y el ácido sulfúrico
Solubilidad En Solventes Polares, Apolares Y Aproticos Según los resultados de la tabla No. 6 la solubilidad depende de varios factores como la naturaleza del compuesto y la polaridad. Las sustancias polares como el etanol que es polar y protica, se disuelven en solventes polares con el isopentanol ya que en solución estos compuestos pueden formar puentes de hidrogeno. Los compuestos no polares como el hexano son solubles en heptano ya que son semejantes en su estructura y propiedades ambos son alcanos. La temperatura también es un factor importante porque al aumentarse esta, también aumenta la solubilidad proporcionalmente.
ENSAYO DE INSATURACIÓN ACTIVA
a. Ensayo con bromo en tetracloruro En la tabla No, 7 se puede observar que los compuestos que dieron positivo a la prueba son: ácido cinámico, acido 4-aminobenzoico, tolueno y sacarina, y se confirma mirando sus respectivas estructuras, la acetona aunque no tiene dobles o triples enlaces C-C dio positivo a la prueba debido a que puede reaccionar “sustituyendo” hidrógeno pero en este caso hay desprendimiento de ácido bromhídrico. La decoloración de bromo, con liberación de HBr, indica la presencia de una cetona. El Isooctano, N-bromosuccinimida, cloruro de sodio, Ciclohexanol y el cloroformo, dieron negativo al test, la Aminoacetofenona y el ácido Aminobencenosulfonico también fue negativo a la prueba pese a que su estructura presenta anillos aromáticos, probablemente porque los tubos de ensayo que se utilizaron estaban contaminados. b. Ensayo de Baeyer con permanganato de potasio al 2 %. En la reacción con permanganato de potasio todas las sustancias fácilmente oxidables dan positivo en esta prueba. Por tal razón la mayoría de los compuestos que se analizaron dieron positivo el ensayo, cloruro de sodio, el Isooctano, la acetona y el cloroformo.
Figura No. 27: Reacción Ciclohexanol mas KMnO4
AROMATICIDAD Reacción de Friedel-Crafts, Ensayo de formaldehído y ácido sulfúrico Ensayo de cloruro férrico al 2,5 %. Estas pruebas son muy útiles para diferenciar compuestos aromáticos de los que no lo son, a partir de la formación de coloración en la sustancia, se puede conocer si hay o no un anillo aromático en la molécula que se analiza. En el ensayo de cloruro férrico al 2.5% acuosa, la mayoría de los compuestos que dan positivo, cambian su color a negro. Puede ocurrir que la reacción sea inhibida por los sustituyentes que atraen electrones. Para las sustancias analizadas, el Ciclohexanol, el Isooctano, el cloruro de sodio, y el tolueno presentaron coloración amarilla indicando que poseen algún tipo de halógenos en su estructura, el tolueno dio color amarillo y es un compuesto aromático porque probablemente ocurrió la desactivación del anillo aromático. El ácido p-aminobenzoico, la sacarina son compuestos aromáticos que al reaccionar el formaldehido con un núcleo aromático en presencia de ácido sulfúrico se forma un ion carbonio que polimeriza a colores complejos. La prueba de cloruro férrico reacciona con el ácido p-aminobenzoico ya que es un ácido Hidroxámico, esta reacción da una coloración marrón oscura con un olor dulce muy fuerte. Los demás compuestos no producen este tipo de coloración pero no implica que los compuestos no sean aromáticos, sino que se deben realizar otros tipos de pruebas para comprobar sus estructuras.
Identificación De Nitrógeno, Azufre Y Halógenos
S u s ta n c ia o r g a n ic a { C ,H ,N ,S ,X }
N N N N
a a a a
C N 2S X C N S
Figura No. 28: Prueba de Nitrógeno; Azufre y Halógenos
Prueba de nitrógeno Lassaigne 1 0 N a + (a c )+ 1 1 O H
-
(a c )+
3 ( S O 4 ) 2 ( N H 4 ) 2 F e (s )
F e ( O H ) 2 (s )+ F e ( O H ) 3 (s )+ 6 N H 4 O H
(a c )+
5 N a 2S O
4 (a c )+
FeSO
Para disolver los hidróxidos de hierro agregamos HCl con lo cual obtuvimos F e ( O H ) 2 (s )+ F e ( O H ) 3 (s )+ 5 H
(a c )
F e 2 + (a c )+ F e 3 + (a c )+ 5 H 2 O
( l)
Reacción general 6N aC N
(a c )+
FeSO
4 (a c )
N a 4 [ F e ( C N ) 6 ] (a c )+ N a 2 S O
3 N a 4 [ F e ( C N ) 6 ] (a c )+ 2 F e ( S O 4 ) 3 (a c )
4 (a c )
F e 4[F e (C N )6]3+ 6 N a 2S O
4 ( a c ) A z u l d e P ru s ia te n u e
4 (a c )
Figura No.29: Ensayo de Nitrógeno Lassaigne
La presencia de nitrógeno nos va a generar un color llamado azul de Prusia por lo tanto los tubos que cambiaron de color a un tono azul fueron los tubos 2, 4 que son la aminofenona y la cisteína respectivamente el tubo numero 5 pertenece a una muestra problema no utilizada para la elaboración de este informe; En esta prueba solo se realizó el método directo de Lassaigne para agilizar el trabajo de esta práctica.
Prueba De Azufre H N O
3 (e x c )(a c )+
O H
(a c )
+ N a
(C H 3O O )2P b + N a 2S
+ (a c )
N a H N O 3+ H 2O + H N O
3
2 C H 3O O N a + S P b
M a rró n
Figura No. 30: Prueba De Azufre
En esta prueba la presencia de un precipitado carmelita característico del sulfuro de plomo se encuentra en el tubo número 4 que pertenece a la cisteína que efectivamente con tiene un grupo Tiol sobre la estructura molecular de la cisteína. No se realizó la prueba de nitroprusiato de sodio que se debe hacer alternativamente para confirmar la presencia de azufre mediante la formación de un compuesto soluble de coloración purpura que hubiera sido mucho más claro de observar y comprobaría o reforzaría nuestra afirmación de La presencia de azufre en algunos compuestos pero no se realizó por la falta de este reactivo en el momento de la práctica.
Detección de Halógenos
HNO
AgN O
3 (a c )e x c .+
3 (a c )+
O H
(a c )+
N a C l(a c )
N a + (a c )
NaNO
H 2 O (l) + N a N O
3 (a c )+
3 (a c )+
HNO
3 (a c )
A g C l(s )
Figura. No. 31: Prueba De Detección de Halogenos
Pruebas de Solubilidad: Se puede observar que la aminofenona no presento precipitado por lo que no fue necesario agregar amoniaco por lo cual no se registra ningún dato en la tabla ahora el precipitado amarillo del tubo numero dos característico de la presencia de yodo como AgI (Yoduro de Plata) el precipitado que observamos en el tubo N° 4 (cisteína) se debe a que no se siguió el procedimiento de hervir la solución antes de realizar la prueba con AgNO3 (nitrato de plata) para eliminar el HCN y el H2S de forma gaseosa lo cual intervino en la determinación de halógenos como Yodo, Bromo, Cloro ya que estos también precipitan como en el caso de la cisteína como Ag2S (Sulfuro de Plata) por lo cual se registró en el momento de la toma de datos. Los compuestos son solubles en ciertos solventes si la fuerza o energía necesaria para romper los enlaces es suministrada externamente y esta energía es aportada por la
formación de enlaces entre partículas del soluto y moléculas del disolvente, una molécula polar tiene un extremo positivo y un extremo negativo cuyas atracciones son denominadas enlaces dipolo-dipolo y son relativamente débiles pero en conjunto aportan la suficiente energía para propasar la barrera energética de un soluto. Ahora bien para disolver un compuesto iónico el solvente debe tener una constate dieléctrica elevada es decir debe poseer propiedades altamente aislantes el agua por ejemplo además de tener propiedades dieléctricas también contiene el grupo –OH el cual puede formar puentes de hidrogeno. Los compuestos no iónicos son solvatados por solventes polares y si por solventes poco polares y la fuerza que rige esta unión es un poco diferente a las interacciones de van der Waals, llamada fuerzas intermoleculares de London debidas a dipolos instantáneos. En la prueba numero 1 donde se disolvía en agua los compuestos se obtuvo que la glicina fue el único compuesto que se disolvió totalmente en agua y esto es debido a que tiene dipolos magnéticos y menos estructuras de resonancia lo cual lo hace menos estable y de carácter iónico con lo que encuentra mejor afinidad con este solvente altamente polar por otra parte la sacarina no fue solvatada por el agua aunque fuera un compuesto polar pero obtuvo una clasificación A1 donde se encuentran los sulfonamidas y los compuestos con N, O, S, H, C, también pudo una saturación que no permitió la total disolución del soluto además es de carácter acido ya que tiene pares de electrones libres y formas de resonancia con lo cual puede aceptar el protón donado por el bicarbonato. En la prueba N° 2 el éter etílico que es un compuesto menos polar que el agua y clasifica a la glicina en el grupo S2 por ser insoluble en él ya que la glicina contiene un grupo acido carboxílico es que es bastante polar y se vuelve insoluble en éter que es menos polar que el agua. En la prueba N° 3 el NaOH que es una base fuerte clasifica lo ácidos de las bases por lo cual los ácidos son solvatados por este compuesto básico en esta clasificación solo la sacarina es quien se disuelve y no el ácido cinámico que es un ácido débil ya que el NaOH es usado para detectar ácidos solubles en agua pero el ácido cinámico es insoluble en aguay por esta razón no ocurre reacción por lo que solo se realiza la prueba N°4 a la sacarina con el bicarbonato formando una mezcla homogénea, con clasificación A1. En la prueba N°5 con HCl se van a encontrar las bases que son solubles en este solvente como lo es la aminofenona ya que contiene pares de electrones libres que los átomos nucleofílicos característicos de una base por lo cual se encuentra en la clasificación B con los amino fenoles y las aminas. Por último la clasificación con ácido sulfúrico en la prueba N°6 el ácido es soluble ya que es un ácido con un átomo nucleofílico y H2SO4 es un ácido más fuerte que el cinámico por lo cual este último actúa como base quedando con una clasificación N donde se encuentran algunos aromáticos, compuestos acetales e hidrocarburos no saturados características fundamentales de este acido. De igual manera la acetofenona y el ciclohexanol.
El único compuesto que obtuvo una clasificación errónea fue el ciclohexanol ya que este no solubilizar en éter etílico ya que es un compuesto poco polar y de forma semejante a un circulo cuya forma voluminosa no permitiría el contacto con el solvente ni la formación de puentes de hidrogeno cuya clasificación debería estar en el grupo S2pero como no es soluble en agua tampoco se sigue el esquema por lo cual debería ser insoluble en H2SO4 y tener clasificación I donde se encuentran los hidrocarburos.
Punto De Ebullición Y Punto De Fusión Se realizó la corrección del punto de ebullición por medio de la ecuación de SydneyYoung: Δ T ∶=0.00010(760+680)(273+t) Donde t es la temperatura tomada experimentalmente, la presión atmosférica del laboratorio no se pudo medir en ese momento por lo cual tomamos como 680 mmHg la presión del laboratorio, también se tomó como a la constante de los líquidos C=0.00010 para líquidos no polares. El valor corregido en grados Celsius es igual al valor obtenido experimentalmente menos el ΔT valor corregido=texp− ΔT
Y él % de error se realizó según la siguiente formula: %error=
|valor experimental−valor teórico| valor teórico
No se realizó la corrección de punto de fusión es necesario la temperatura del laboratorio y la altura en mmHg de la columna emergente es decir altura de la columna de Hg (medida en °C) desde el nivel del líquido del baño hasta la temperatura estos datos no fueron recopilados durante la práctica ya que no se realizó el montaje de thiele para determinar punto de fusión si no que se hizo uso de un microscopio de fusión por lo cual no se realizó el cálculo para fusión igual que para los líquidos.
Los porcentajes de error pueden ser debidos a la toma de datos como error humano, la presión exacta del laboratorio en ese momento y la no previa calibración del termómetro por lo cual hemos obtenido dichos porcentajes de error tan altos sobre todo para el Ciclohexanol y el Isooctano que son mucho mayores a un 10%
4. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL 1. Pruebas Preliminares 1.1. Estado de agregación, color y olor Para ver su estado de agregación y color se utilizó una espátula y se extrajo una pequeña cantidad de muestra, luego se anotó lo observado. Para percibir el olor de cada una de las sustancias se tuvieron precauciones, ya que algunos compuestos irritan el tracto respiratorio. Se destapó el frasco y se movió la mano por encima de él para que el vapor llegue a la nariz.
1.2. Prueba De Ph Con Papel Indicador Se utilizó papel indicador tornasol neutro para identificar la acidez y la basicidad de las soluciones, cada una de las soluciones se preparó con agua destilada y la muestra., se colocó el papel sobre la solución y se midió el pH. 1.3. Ensayo De Ignición En una espátula se colocó muestra sólida o 0,2 líquida, luego se acercó cerca la espátula a la llama del mechero, (la espátula debe estar bien adentro de la llama para garantizar que se incinere la muestra hasta que quede un residuo o no quede nada) y se anotaron las características de la llama.
1.4. Prueba de acción de ácidos y bases
Para la determinación de la solubilidad, se agregó en un tubo de ensayo un poco de la sustancia sólida o líquida con 1 o 2 mL de solución de hidróxido de sodio al 10% y se agitó para observar la solubilidad del compuesto. El procedimiento descrito anteriormente descrito se realizo igual para las siguientes pruebas de solubilidad:
Bicarbonato de sodio al 10%. Hidroxido de sodio al 10% Ácido clorhídrico al 10%. Ácido sulfúrico concentrado y frio.
1.5. Prueba de solubilidad en solventes polares, apolares y polares aproticos Para la determinación de la prueba de solubilidad se utilizaron tres tubos de ensayo para cada muestra, en donde se agregó entre 0,1 y 0,2 ml para muestras líquidas que se disolvieron con etanol, heptano y DMF. Se realizó una tabla en la cual se reportaron los resultados obtenidos para cada sustancia si era soluble, poco soluble o insoluble.
1.6. Ensayo De Instauración Activa
Ensayo con bromo en tetracloruro al 2%: En un tubo de ensayo se agregaron 5 gotas de la muestra y 1mL de diclorometano agitando la mezcla. Después se adicionó gota a gota la solución de bromo en tetracloruro observando el cambio o permanencia del color. Ensayo con permanganato de potasio al 2%: A 2 mL de agua se añadió 0,2 g o 0,2 mL de muestra se agregó gota a gota la solución de permanganato de potasio al 2% agitando para observar el cambio del color púrpura.
1.7 Aromaticidad
Ensayo de formaldehido-ácido sulfúrico: Se preparó 30 mg de muestra en 2 mL de tetracloruro de carbono en un tubo de ensayo. Aparte se realizó la mezcla de ácido sulfúrico con 1 o 2 gotas de formaldehido y a esta solución se agregaron 2 o 3 gotas de la mezcla preparada inicialmente. Luego se observó el cambio de coloración.
Ensayo de cloruro férrico al 2,5% a. Reacción de Friedel y Craft: Se colocó en un tubo de ensayo 1 mL de diclorometano y unas gotas de la muestra agitando hasta disolución, luego se agregó solución de bromo/CCl4 gota a gota y se registraron los resultados.
b. Solución acuosa: Se disolvió en un tubo de ensayo 30 mg del compuesto en 2 mL de agua y se agregaron 3 gotas de cloruro férrico al 2,5% notando el cambio de color o la formación de precipitado. c. Solucion no acuosa: Se disolvió 30 mg del compuesto en 2 mL de cloroformo y se anadio 2 o 3 gotas de la mezcla de Cloruro férrico anhidro, cloroformo y piridina. Se observó la formación de color o de precipitado.
2. análisis elemental de los compuestos orgánicos. 2.1 fusión sódica Para realizar la fusión sódica se utilizaron en los cuatro tubos de ensayo pedazos pequeños de sodio metálico, etanol para que la reacción posterior con el agua no sea demasiado energética ya que el contacto del sodio con el agua tiene un carácter explosivo es una reacción demasiado exotérmica, anterior a esto se había agregado la sustancia a tratar y posteriormente se agregó agua des-ionizada, por ultimo de filtro esta solución para realizar las siguientes pruebas. 2.2 Reconocimiento de nitrógeno por l método de Lassaigne Para realizar esta prueba el líquido filtrado de la fusión sódica se le agregaron 5gotas KF y 5 gotas de solución recién de FeSO4 al 5 % se calentaron las soluciones hasta ebullición y luego se dejó enfriar la suspensión de hidróxidos de hierro formada. Se agregaron varias gotas de solución de FeCl3 al 2 % y HCl 2 N, para disolver los hidróxidos de hierro. Para finalmente obtener el azul de Prusia deseado en las soluciones con Nitrógeno. 2.3 Reconocimiento de azufre. Se tomaron 4 tubos de ensayo que contenían 2 ml aproximadamente de la solución alcalinana.se adicionaron unas gotas de HNO3 diluido hasta pH ácido, y posteriormente se agregó 5 gotas de solución de acetato de plomo (II). Para obtener el precipitado carmelita deseado indicando la presencia de azufre.
2.4 Reconocimiento de halógenos. Para esta prueba fue necesario Acidificar 2 mL del filtrado de la fusión sódica con HNO3 concentrado. Y hervir las soluciones que habían dado positivo en para azufre y nitrógeno para eliminar el sulfuro de hidrógeno y el cianuro de hidrógeno. Luego de enfriar la solución se agregaron algunas gotas de AgNO3 al 1 % en agua des-ionizada. Para finalmente esperar el precipitado haluro de plata característico de cara haluro.
3. Pruebas de solubilidad.
En esta práctica fue necesario llevar un orden de agregación de solventes según su polaridad, su acidez y su solubilidad en cada uno de los compuestos estudiados el cual se muestra en el siguiente esquema:
4. puntos de ebullición y puntos de fusión de los compuestos orgánicos.
En el proceso de realización de esta práctica se hizo uso de un microscopio de fusión que tiene una cámara de temperatura con un brazo microscópico para observar el momento en que la muestra comenzaba a fundir, y para los puntos de ebullición de las muestras liquidas fue necesario realizar un montaje por el método del tubo capilar de thiele en baño de aceite mineral para alcanzar temperaturas mucho mayores a los 100°C como se muestra en la siguiente figura:
5. CONCLUSIONES
Se comprobó que es necesario conocer las características químicas y físicas de las sustancias, ya que de ello, dependerá el éxito en la manipulación de las mismas según sean sus fines, la caracterización de una sustancia facilita la selección de un método de análisis eficaz y adecuado para su identificación. En la prueba de solubilidad se verificó que en la mayoría de los casos se cumple el principio de que los compuestos semejantes son solubles entre sí, es decir moléculas con igual polaridad son solubles, al igual que las moléculas apolares que se disuelven juntas, en cambio moléculas con polaridades diferentes no forman solución, se entendió que este fenómeno se basa en el incremento de las fuerzas intermoleculares entre ellas que ocurre cuando hay una atracción de dipolo en el que los dipolos de las moléculas polares de las sustancias en cuestión se atraen entre sí. En el caso del uso de sustancias iónicas tal como el cloruro de sodio se observó que se disolvía mejor en sustancias polares, esto es debido a que los cationes es decir los iones Na+ son atraídos fuertemente por los polos negativos de la sustancia polar que se usó como disolvente, en el caso del agua el poder de solvatación lo aporta el grupo hidróxido OH -. Durante el procedimiento experimental se realizaron algunos errores humanos que hicieron que la visualización de los resultados no fueran claras en algunas prácticas como en la determinación de nitrógeno por el método de Lassaigne ya que se obtuvo un azul de Prusia brillante si no tonalidades más corridas hacia la gama verde que se debe al exceso de FeCl3 formado Fe(CN)2 y no Na4Fe(CN)6 que es quien da la coloración azul de Prusia. Los porcentajes de errores obtenidos en la práctica de fusión y ebullición son mayoritariamente debidas a la no recopilación de datos de presión y temperatura externa del ambiente del laboratorio y el error visual, por lo cual sería más conveniente repetir la práctica. La prueba de azufre fue exitosa ya que se obtuvo el precipitado carmelita deseado en la cisteína que es el único compuesto estudiado con un átomo de azufre dentro de su estructura molecular, como se puede observar en la imagen correspondiente a la determinación de azufre. Se realizaron completamente todas las pruebas con lo cual se vio involucrados muchos procesos químicos que dependen de cómo es la geométrica de dicha molécula o como están ordenados sus átomos de manera que deja ver sus propiedades físicas mediante la realización de diferentes pruebas y nos deja ver como simples cambios geométricos o moleculares hacen que dos compuestos tengan propiedades físicas diferentes como lo es la aminofenona y la Acetofenona.
6. BIBLIOGRAFÍA CAREY, F. Química orgánica, 6ª Edición. Editorial McGraw-Hill. México, 2005. Pág.3639.
[MORRISON, R. T; BOYD, R. N. Química orgánica, 5a Edición. Editorial Addison-Wesley Interamericana. México, 2000. Pág.33-35. RODRÍGUEZ, J; CASTRO, L; ROMERO, J. C. Procesos industriales para materiales metálicos, 2a Edición. Editorial Visión Net. España, 2006. Pág. 22. Morrison T.R y Boyd R.N, química organica, quinta edición, New York Unversity,editorial Pearson education ,1998. Pg 23-25. Lozano Urbina, L. A.; Romero Bohorquez, A. R. y Urbina González, J. M. Manual de prácticas de laboratorio de química orgánica I., 1.a ed.; Universidad Industrial de Santander, 2010. http://www.chemspider.com/Chemical-Structure. Fecha de consulta 17/01/2015
