Guía Laboratorio Química Orgánica
Práctico Nº 8
PRÁCTICO Nº 7 ÁCIDOS CARBOXÍLICOS Y DERIVADOS I. INTRODUCCIÓN
Los ácidos orgánicos son sustancias que contienen en su estructura el grupo funcional carboxílo carboxílo: El grupo -OH de un ácido, puede ser reemplazado por varios grupos tales como –Cl, -O-CO-R, -O-R, NH2, generándose compuestos conocidos como Derivados de Ácidos, entre los que se encuentran los anhídridos, cloruros de ácidos, ésteres y amidas. Todos tienen en común el grupo "acilo" .
O R C OH
Los ácidos carboxílicos son moléculas polares y tal como los alcoholes, pueden formar f ormar puentes de hidrógeno hidróge no entre sí y con otros tipos de moléculas. Se comportan en forma similar a los alcoholes en cuanto a la solubilidad. R C Los primeros cuatro representantes son miscibles con agua, el de cinco Grupo acilo carbonos es parcialmente soluble y los superiores insolubles en agua. Hierven a temperaturas aún más altas que los alcoholes, debido a que pares de moléculas se encuentran unidas por dos puentes de hidrógeno formando un dímero: O
O
H O
En el caso de los derivados de ácidos, la presencia del grupo C R R C acilo les confiere cierta polaridad. Los cloruros, anhídridos y ésteres tienen puntos de ebullición que son aproximadamente O O H los mismos que aldehidos y cetonas de peso molecular Puente de hidrógeno comparables. Las amidas constituyen una excepción y tienen puntos de ebullición altos ya que son capaces de asociarse a través de puentes de hidrógeno. R
O C N R
H
O
C N H H
H
Debido a este hecho no existen amidas líquidas, siendo todas sólidos criatalinos de elevado punto de fusión. Los ésteres son más volátiles y muchos tienen olores agradables. Normalmente, los olores de las flores y frutas se deben a la presencia de ésteres. Así el acetato de isoamilo se encuentran en el platano, el butirato de amilo a milo en el albaricoque y el acetato de etilo en la piña. Hay que hacer notar que los olores naturales de dichas frutas se deben a mezclas de ésteres y otros compuestos. La propiedad química más características de los ácidos carboxílicos, es su acidez. Son ácidos débiles, con una constante de acidez del orden de 10-5, pero más fuerte que los fenoles, debido a la mayor estabilidad de la base conjugada carboxilato. R-COOH
R-COO + Carboxilato
40
H+
Guía Laboratorio Química Orgánica
Práctico Nº 8
Se disuelven en hidróxido de sodio acuoso y, a diferencia de la mayoría de los fenoles, se disuelven en bicarbonato acuoso, liberando dióxido de carbono. -
R-COOH + NaOH (acuoso)
R-COO Na+ + H2O
R-COOH + NaHCO3 (acuoso)
R-COO Na+ + CO2 + H2O
-
En agua presenta el equilibrio característicos de los ácidos débiles. En el caso del ácido acético el equilibrio se puede representar por la ecuación siguiente: O H3C
C
O OH
+ H2O
H3C
C
+
+ H3O
O
Que tiene una constante de acudez de 1,8 x 10-5. Tanto los ácidos, como sus derivados, contienen el grupo acilo, el cual mantiene inalterado en la mayoría de las reacciones. Sin embargo, su presencia determina la reactividad característica de estos compuestos, ya que proporciona un centro para ataque de especies nucleofílicas. En consecuencia, una característica común de estos compuestos acílicos es que experimentan sustituciones nucleofílicas , en las que se pueden reemplazar por algún otro grupo . La sustitución resulta mucho más rápida que las efectuadas sobre carbono saturado. Entre los grupos que pueden intercambiarse se esncuatran: O -OH, Cl, -O-R, -NH2 y O C R La diferencia de reactividad de estos compuestos con la de aldehídos y cetonas está en que después de la formación del intermedio tetraédrico , pierden los grupos funcionales anteriormente señalados, retornando a la sustancia trigonal plana, dando producto de sustitución en vez de adición. Así en aldehídos y cetonas ocurre: O C
R
O H(R')
+ :Z
R
(nucleófilo)
C
OH
+
H(R')
H
C
R
Z
H(R')
Z
Intermediario tetraédrico estable
Adición
Pero en compuestos acílicos: O
O R
C
W
+ :Z
R
O
C
W
R
Z Intermediario tetraédrico inestable
Z
+ :W
Sustitución O
W = -OH, -Cl, -OR, -NH2, -O-C-R.
41
C
Guía Laboratorio Química Orgánica
Práctico Nº 8
La facilidad con que sale W, depende de su basicidad. Cuando más débil sea como base, tanto mejor es como grupo saliente. En los derivados de ácidos, el Cl- es una base muy débil, en cambio el éster es una base moderadamente débil y éter y amina son bases fuertes, por lo que el Cl- es fácilmente sustituible, en cambio el grupo amina es más dificil. Cuando los grupos W, de los derivados de ácidos, son reemplazados por -OH ocurre la reacción de hidrólisis. Esta reacción es más rápida en medio ácido o básico que en solución neutra. Las soluciones ácidas permiten que se una un protón al oxígeno carbonílico, con lo que la molécula se hace más reactiva frente el ataque del nucleófilo débil agua. Las soluciones alcalinas proporcionan iones hidroxilos que actúan como nucleófilos poderosos. Hidrólisis ácida +
:O :
R
H+
C W
O
OH R
C W
..
H
C
H3C
O
W
R
C
OH
O
H2O :
H
+
+ HW + H+
H
Hidrólisis básica :O :
R
O
..
+ :OH-
C W
R
C
O W
R
OH
C
OHOH
O R
C
O
+ H2O
II. PARTE EXPERIMENTAL
Actividad Nº1. Reacción de ácidos con solución de NaOH y NaHCO3.
a) En 2 tubos de ensayo coloque 10 gotas de solución de NaOH 0,1 M y agregue 1 ml (10 gotas) de ácido fórmico a uno de los tubos y 1 ml (10 gotas) de ácido acético al otro. Formule las reacciones. b) En 2 tubos de ensayo coloque 0,1g (punta de espátula) de NaHCO3 y agregue 5 gotas de ácido fórmico a uno y 5 gotas de ácido acético al otro. Observe y anote sus resultados. Formule las reacciones. Actividad Nº2. Reacciones de los cloruros de ácidos.
a) Hidrólisis. Añada con cuidado 10 gotas de cloruro de acetilo a 8 ml de agua. Observe y formule la reacción. b) Reacción con alcohol etílico. Coloque en un tubo de ensayo seco 2 ml de etanol y agregue con cuidado 1ml (10 gotas) de cloruro de acetilo. Observe. Repita usando alcohol amílico. Escriba las ecuaciones correspondientes
42
Guía Laboratorio Química Orgánica
Práctico Nº 8
Actividad Nº3. Reacción de los anhídridos.
a) Comparación de la facilidad de hidrólisis del cloruro como acetilo, anhídrido acético y acetato de etilo. En 3 tubos de ensayos secos se colocan respectivamente 0,5 ml (5 gotas) de cloruro de acetilo, 0,5 ml (5 gotas) de anhídrido acético y 0,5 ml (5 gotas) de acetato de etilo. Agregue cuidadosamente 2ml de agua y compare la violencia de la reacción en cada caso. Formule las reacciones. b) Reacción del anhídrido acético con etanol. En un tubo de ensayo seco, se coloca 1 ml (10 gotas) de anhídrido acético y se agregan 5 ml de etanol. Después de 2 minutos, la solución se vierte sobre 50 ml de agua y se aprecia el olor de la mezcla. Formule la reacción. Actividad Nº 4. Reacciones de las amidas.
a) Hidrólisis en medio ácido. En un vaso precipitado de 50 ml, colocar 1g de acetamida y agregar 10 ml de una solución de ácido sulfúrico al 10%. Hierva la solución resultante, poniendo un trozo de papel tornasol en los vapores que se desprenden. Formule la reacción. Con la mano lleve los vapores que se desprenden a su nariz ¿De qué sustancia se trata? b) Hidrólisis en medio alcalino. En un vaso precipitado de 50 ml, colocar 1g de acetamida y agregar 10 ml de una solución de hidróxido de sodio al 10%. Hierva la solución resultante, poniendo un trozo de papel tornasol en los vapores que se desprenden. Formule la reacción. Con la mano lleve los vapores que se desprenden a su nariz. ¿De qué sustancia se trata? III. CUESTIONARIO
1.- ¿Por qué en la hidrólisis de la acetamida se debe agregar solución de ácidos sulfúrico o solución de hidróxido de sodio? 2.- Indique una prueba química simple que podría servir para distinguir entre: a) Ácido benzoico y benzamida b) Ácido benzoico y cloruro de benzoilo c) Benzoato de etilo y cloruro de benzoilo 3.- ¿Qué productos esperaría obtener el hacer reaccionar propanamida con cada uno de los reactivos siguientes: a) HCl (acuoso) b) NaOH (acuoso) IV. BIBLIOGRAFÍA
1.- R. Q. Brewster, C. A. Van der Wet, W. E. Mc Ewen. "Curso Práctico de Química Orgánica", Ed. Alhambra, 1970. 2.- Lewis F. Fieser. "Experimentos de Química Orgánica". Ed. Reverté, 1967. 3.- T. W. G. Solomons. "Química Orgánica", Ed. Limusa S.A., 1981 4.- R.T. Morrison, R.N. Boyd: "Química Orgánica", Fondo Educativo Interamericano S.A. 1976.
43
