PRUEBAS DE CARACTERIZACION DE ALCOHOLES Isabella Orozco 11200001, Dav! Colora!o 101200"2 Universidad Icesi Facultad de Ciencias Naturales Laboratorio de Química Orgánica I Santiago de Cali, Colombia Septiembre 3 de !"" belita#oro$co%&otmail'com,, obituar()%&otmail'com belita#oro$co%&otmail'com
1, Ob#e$vos% *eal *eali$ i$ar ar prue prueba bas s de solu solubi bili lida dad d de alco alco&o &ole les s en sust sustan anci cias as pola polare res s ( apolares, para determinar el e+ecto del grupo &idroilo'
.abla bla !/ 0rue 0rueba bas s de oid oidac acii-n n con con permanganato permanganato de potasio
Llevar a cabo pruebas sencillas como la prueba de oidaci-n con permanganato de potas potasio io ( de esteri esteri+ic +icaci aci-n -n con un ácido carboílico, con el +in de conocer algu alguna nas s reac reacci cion ones es bási básica cas s de los los alco&oles' 2& Res'l$a!os% .abla "/ 0rueba de solubilidad en agua ( 1ter de petr-leo
.abla 3/ 2steri 2steri+ic +icaci aci-n -n con un ácido ácido carboílico'
5
Las pruebas de caracteri$aci-n son utili$adas, como su nombre lo sugiere, para identi+icar, anali$ar ( clasi+icar compuestos mediante diversas metodologías, mu( diversas, ( su grado de compleidad va de la mano con su capacidad para identi+icar un compuesto especi+ico' Como se verá a continuaci-n, las pruebas aplicadas, en este caso, a algunos alco&oles, varían de metodología seg4n un criterio de+inido'
Pruebas de Solubilidad: 0ara esta prueba se epusieron, en primera instancia, algunos alco&oles en un medio acuoso 5
6, (, en
segunda instancia, en un medio apolar con el uso de 1ter de petr-leo 5tambi1n conocido como 1ter dietilico6' 2stas pruebas se aplicaron a los compuestos enlistados como sigue/
6 es una mol1cula polar ( es
capa$ de +ormar ;enlaces de &idrogeno< entre sus mol1culas ( a=uellas =ue
(& A)*lss !e Res'l$a!os%
H 2 O
H 2 O
posean un grupo N
o
F
OH
en su estructura> entre
muc&as otras características, este tipo de enlace le permite al agua solvatar una gran variedad de compuestos, ( entre ellos algunos de los alco&oles a=uí epuestos'
0ero antes, los alco&oles, al presentar un grupo
OH
, =ue los de+ine como
especie =uímica, poseen la posibilidad de +ormar ;enlaces de &idrogeno< con el agua' No dea de ser más =ue una posibilidad por=ue los alco&oles pueden estar +uertemente in+luenciados por su OH
grupo
o
+uertemente
in+luenciados por la cadena carbonada, =ue tambi1n &ace parte de la estructura de los compuestos a=uí epuestos' 2s decir =ue los alco&oles poseen dos regiones =ue posibilitan su polaridad' *egion 9idro+ilica 9idro+ilica *egion
"78utanol/
93C
o un átomo de
O9
O9 O9
933C C 9 *egion 9idro+obica 9idro+obica *egion
!78utanol/
93C
C93 O9
!7:etil7!70ropanol/
93C 93C
C93 O9
:etanol/
93C
O9
0or cuanto corresponde a la prueba de solubilidad en agua, a partir de las características del agua se pueden prever ciertos comportamientos' 2l agua
(Figura No 1) ?l tomar al "78utanol como eemplo, se puede ver como se de+inen con +acilidad ambas regiones> la &idro+obica, constituida por los carbonos, no promueve la solubilidad del alco&ol en agua ( por el contrario la disminu(e> ( la &idro+ilica es la =ue +acilita =ue pueda presentarse solubilidad en agua ( la =ue por e+ecto inductivo atrae electrones ( mani+iesta la polaridad en el compuesto' 2n otras palabras, cuanto más grande es la cadena carbonada, mas e+ecto tendrá esta sobre las características del compuesto ( por lo tanto será menos soluble en solventes polares como el agua> pero, si por el contrario, el grupo
OH
llegase a ser el más prioritario
en el compuesto, las características del mismo se verán más in+luenciadas por su presencia, lo =ue se traduce en una ma(or solubilidad en solventes polares ( por ende en agua' @e &ec&o, es tanta la importancia de ambas regiones, =ue al crecer el n4mero de carbonos la solubilidad disminu(e gradualmente ( no de +orma abrupta' Se considera =ue a partir de los A átomos de carbono, en la regi-n &idro+obica, la solubilidad de los alco&oles constituidos como los =ue son obeto de análisis en el presente in+orme, se puede a+ectar a tal punto =ue es +ácilmente observable a trav1s del oo &umano> permiti1ndose distinguir entre dos +ases al me$clarse con agua' 0ero si bien la solubilidad se a+ecta, esto no =uiere decir =ue sean absolutamente insolubles en agua, pues en muc&os de los casos, el proceso de solvataci-n se ve ;retardado< o ;obstruido< ( no sucede instantáneamente como se esperaría "' ?sí, como se podrá predecir, cuando el grupo
OH
se encuentra unido a una
cadena carbonada no tan grande, como sucede en el caso del :etanol 5 CH 3 OH
6,
este
adopta
un
protagonismo en el comportamiento de la mol1cula' 0or un lado, el e+ecto inductivo de un átomo electronegativo como el oígeno es más +uerte, lo =ue &ace a mas polar a la mol1cula (, por otro lado, la cadena carbonada no obstru(e la participaci-n de las mol1culas de agua en la solvataci-n' No obstante, los alco&oles de cadenas carbonadas mu( largas pero con más de un grupo
OH
en su estructura
presentan gran tendencia a disolverse en agua> los denominados dioles, demuestran
=ue
el
grupo
?l revisar el comportamiento de los compuestos enlistados anteriormente se obtuvo insolubilidad en agua por parte del "78utanol ( del !78utanol' Seg4n lo descrito anteriormente, estos compuestos aun no presentan el n4mero de carbonos necesarios, en su regi-n &idro+obica, para ser absolutamente insolubles en agua> pero =ui$á si lo su+iciente para =ue su solubilidad se viese retardada u obstruida' 0or ello se considera =ue estos compuesto si pueden disolverse en agua si se eponen al medio acuoso durante un tiempo prolongado o si se usa calor, como promotor del proceso de solvataci-n' 2n contraste, el :etanol ( el !7:etil7!7 0ropanol si se presentaron solubles en agua al instante> pues en el metanol la regi-n &idro+obica es poco representativa con respecto a la prioridad =ue el grupo
OH
llega a
tener en la mol1cula' 2n el !7:etil7!7 0ropanol se puede apreciar el e+ecto inductivo del grupo
OH
, (a =ue, aun
siendo una mol1cula bastante rami+icada, considerando su tamaBo, es bastante soluble en agua' 2sto 4ltimo se torna bastante interesante si se considera =ue el !7:etil7!70ropanol ( tanto "78utanol como el !78utanol poseen la misma cantidad de carbonos en su regi-n &idro+obica' 2s decir =ue si los carbonos no se encuentran mu( distanciados, en cuanto a los átomos =ue con+orman la mol1cula, del grupo OH
, este ultimo seguirá siendo
prioritario por cuanto corresponde a la posibilidad de +ormar ;enlaces de &idrogeno< con el agua, ( así solvatarse' 0ero como se mencion- anteriormente, los alco&oles mencionados tambi1n +ueron sometidos a una prueba de solubilidad de 1ter de petr-leo'
OH
promueve con gran +acilidad la solubilidad en agua en compuestos rami+icados'
0ara esta prueba &a( =ue considerar =ue el 1ter de petr-leo es un solvente apolar ( para +acilitar el entendimiento
del comportamiento de las mol1culas, &a( =ue retomar el concepto de las regiones &idro+obicas e &idro+ilicas' a =ue,
así
como
el
OH
grupo
promueve la solubilidad en un solvente polar cuando, como regi-n &idro+ilica, se muestra prioritario ante el resto de la mol1cula> =ue suele ser una cadena carbonada corta o corta ( mu( rami+icada> la regi-n &idro+obica promueve la solubilidad del compuesto en solventes apolares si dic&a regi-n es representativa, más =ue el grupo OH
, en el alco&ol en cuesti-n "'
2s por ello, =ue aun=ue se consider=ue el "78utanol ( el !78utanol presentan una baa solubilidad en agua, su regi-n &idro+obica les +avorece a la &ora de disolverse en un solvente apolar como el 1ter de petr-leo pues es más representativa =ue el grupo
OH
'
Caso contrario es el del :etanol, en donde el grupo
OH
es muc&o más
prioritario =ue su regi-n &idro+obica constituida por un 4nico carbono> ( por ende, su solubilidad en solvente apolares se ve a+ectada de manera considerable' 0ero el caso del !7:etil7!70ropanol es más especial, pues se muestra soluble en ambos solventes> esto demuestra como las regiones, en especial la &idro+obica, a+ectan la solubilidad gradualmente ( no de +orma abrupta' Lo =ue =uiere decir =ue el !7:etil7!7 0ropanol presenta una solubilidad parcial entre los dos solventes en una medida tal =ue es +ácilmente apreciable por el oo &umano' Prueba de Oxidación Pergamanato de Potasio: 2l
KMnO4
o
positiva 5si &ubo reacci-n6 ( cuando la prueba &a sido negativa 5no &ubo reacci-n6'
pergamanato
con
"78utanol/
93C
O9
2ste compuesto es un alco&ol primario por=ue posee el grupo &idroilo 5 OH 6 unido a un carbono primario' Los alco&oles de este tipo producen alde&ídos ( ácidos carboílicos al ser oidados !> por ello/ "
O9
!
D E:nO F
∆
3
93C
O
K M nO
4
93C
9
O9 ?cido Carbo,ilico
?lde&ido
Como se puede observar, el alco&ol no produce directamente un alde&ído al tiempo =ue un ácido carboílico' 0ara el paso !, el alco&ol al eponerse a KMnO4
( calor produce un alde&ído'
Si se entiende a la oidaci-n, en su +orma más sencilla para compuesto carbonados, como el aumento de enlaces
C −O
, es bastante eplicito
como el carbono No pasa de poseer un solo enlace con el oígeno 5 C −OH
alde&ído 5
6 a un enlace doble en el C =O
6' 2s así como, si la
KMnO 4
eposici-n al
continua, el
alde&ído puedo oidarse ( producir al acido carboílico> lo =ue tambi1n se puede observar e interpretar como un incremento en los enlaces
C −O
( el
carbono No pasa a tener la siguiente con+ormaci-n/ de
potasio es un agente oidante +uerte, com4nmente usado en pruebas de caracteri$aci-n por el virae de apariencia ( color, los cuales permiten determinar cuando la prueba &a sido
O * O 9
O
"
R
@onde
93C
C93
=ue precede desde el alco&ol ( el carbono No posee, a&ora, tren enlaces con atomos de oigeno, uno de la +orma C −OH
C =O
( otro de la +orma
MnO2
'
D E:nO F
∆ H 2 O
D
:n
Si omitimos el paso ! pero sin ignorar =ue sucedi- ( =ue de &ec&o el alde&ído si se +orm-, como producto secundario
MnO2
KMnO4
al cual se le
identi+ica como el precipitado observado en la reali$aci-n de esta prueba> el cual tambi1n sustenta =ue la reacci-n si se llev- a cabo 3'
!78utanol/
93C
O
en el carbono No ! el
*
general/
?cido Carbo,ilico
usado, se obtiene
C −O
*
O9
de la reacci-n de todo el
:nO !
O
2n O
D
cual está unido directamente al grupo &idroilo' 0ero a di+erencia del "78utanol, el !78utanol posee un carbono con grupos al=uilo a su alrededor, el carbono No !, el cual se oida ( adopta la +orma
=ue
93C
C93
H 2 O
enlaces
3
O9
93C
Como se observ- para el análisis del "7 8utanol, ( entendiendo sencillamente la oidaci-n, &a( un aumento de los
es de color pardo e insoluble en agua, tal cual es el precipitado obtenido durante la reali$aci-n de la prueba en el laboratorio' ?sí/ "
∆
Cetona
0ero aun así, no se eplica el cambio de color' Lo =ue sugiere =ue los reactivos correspondientes a la oidaci-n se encontraban en medio acuoso, =ue permite la +ormaci-n de
D E:nO F
O9
Lo =ue caracteri$a a los ácidos carboílicos como especie =uímica'
93C
!
es la cadena carbonada
C93
representa
grupos
al=uilo =ue no necesariamente deben ser iguales, como sucede con a cetona obtenida mediante la oidaci-n del !7 8utanol' de +orma &omologa a lo obtenido con el "78utanol, se da la +ormaci-n de MnO2
=ue representa al precipitado
color pardo obtenido mediante la oidaci-n gracias al medio acuoso' ?un así, &a( =ue considerar =ue no solo el medio acuoso implica la aparici-n del MnO2
, de &ec&o no es el medio
acuoso lo =ue promueve su producci-n si no, más bien, su apreciaci-n al ser insoluble' Cuando el alco&ol se oida se puede observar como el manganeso pasa de un estado de oidaci-n de 7 +¿ ¿
O9
R
donde
Mn
5en el E:nO 6 a uno estado de 4 +¿
2ste compuesto es un alco&ol secundario por=ue posee al grupo OH
unido a un carbono secundario
52l carbono No !6' Los alco&oles de este tipo producen cetonas al oidarse !> por ello/
oidaci-n de
¿
Mn
5en el :nO !6> pues
el estado de oidaci-n del oígeno es de 2−¿ O
¿
, es decir =ue gana electrones (
por lo tanto se reduce' @ic&o así, el MnO2
no
se
produciría
si
el
manganeso no re reduese, ( por ende,
D
D
E
si el alco&ol no se oidase '
por=ue la reacci-n termina produciendo mol1culas de agua' 2n alco&oles primarios ( secundarios, la esteri+icaci-n
!7:etil7!70ropanol/
93C 93C
se da gracias a un mecanismo
C93
SN 2
G
'
O9
"78utanol/
93C
Como se puede apreciar en su estructura, el !7:etil7!70ropanol es un alco&ol terciario por=ue el carbono unido directamente con el grupo &idroilo está unido a tres grupos al=uilo 5tres carbonos6 ( por lo tanto es terciario' Los alco&oles de este tipo no se oidan por lo general, ( en lo =ue respecta al presente in+orme ( a los resultados obtenidos (Véase: Tabla 2) tampoco &ubo oidaci-n' ?l no presentarse el precipitado de color pardo e insoluble en agua =ue se present- para el "78utanol ( el !7 8utanol, se puede deducir =ue el manganeso en el
KMnO4
O9
Como (a se mencion-, se trata de un alco&ol primario ( por lo tanto de un buen candidato para la esteri+icaci-n' 0or lo general, los esteres de bao peso molecular poseen olores agradables ( se encuentran a menudo en +lores ( +rutos' 0or el contrario, los ácidos carboílicos suelen poseer un olor desagradable característicoA> por ello, a partir de las observaciones de la Tabla 3 se puede deducir =ue compuestos +ormaron un 1ster ( por lo tanto, cuales reaccionaron' 2n este caso/
no se O
reduo ( =ue, por lo tanto, no se produo MnO2
93C 93C
O9
> lo =ue tambi1n se puede
alco&ol con la soluci-n de
no
&ubo cambio de color aparente ( por lo tanto se conclu(e =ue no &ubo reacci-n'
D
H 2 S O
4
93C
O
O
entender como =ue el alco&ol no se oido' 2s por ello =ue al me$clar el KMnO4
O9
2l
CH 3 COOH
C93
D
se protona gracias al medio H 2 SO 4
acido, otorgado por el
, +ormando un
ion oonio/ 9
Pruebas de Esterificación con Acido Carboxílico:
el
uso
de
CH 3 COOH
glacial 5un ácido carboílico6 ( en medio acido empleando
H 2 SO 4
' .ambi1n
puede entenderse por des&idrataci-n CH 3 COOH
( este, a su ve$, se une
al alco&ol por el lado =ue le corresponde al grupo &idroilo, el cual acepta la carga
O 9
O
Como su nombre lo sugiere, la prueba consiste en la producci-n de un 1ster a partir de un alco&ol, en este caso, mediante
D
93C
Ion Oxonio 2ste reacciona con el alco&ol en un ata=ue nucleo+ilico de sustituci-n 5
SN 2
6> lo =ue
epulsa una mol1cula de agua, es decir =ue el OH
del
positiva/
9!O
+¿
O
2l D O
93C
¿
representa los protones donados
H
C93
H 2 SO 4
por el
9
( el
−¿ ¿ BH
representa la
base conugada =ue des7protona al 1ster a punto de +ormarse' 2l compuesto termina desasi1ndose del .al cual como sucede con el "78utanol, prot-n mediante la base conugada del CH 3 COOH el reacciona H 2 SO 4 ácido sul+4rico 5 6 =ue protono eitosamente con el :etanol, CH 3 COOH al en un principio' esteri+icándose ( produciendo un olor a +ruta =ue con+irma su reacci-n' Como se puede observar, la esteri+icaci-n es la des&idrataci-n del ácido carboílico, en este caso el CH 3 COOH
2tanol/
93C
O9
> +rente a un medio ácido
( un alco&ol primario' Fue posible in+erir en =ue el 1ster se +orm- con 1ito gracias al olor =ue despidi- el compuesto despu1s de un determinado tiempo 5mientras reaccionaban los compuestos6 pues, aun=ue de +orma leve, se pudo percibir un olor dulce' No obstante, &a( =ue tener en cuenta =ue la esteri+icaci-n con alco&oles primarios ( secundarios tiende a revertirse, ( es necesario del empleo de un eceso del alco&ol o de eliminar el agua a medida =ue se +orme )'
2ste compuesto, tambi1n alco&ol primario, presento un olor dudoso de un 1ster al reaccionar (Véase: Tabla 3). ?un así, el ser primario, no tiene impedimentos =ue le eviten reaccionar> pero un olor a cauc&o es más +ácil con+undirlo con el olor proveniente del CH 3 COOH
' 0or ello, como se deduo
para el "78utanol, la reacci-n pudo &aberse revertido creando una me$cla entre productos ( reactivos, ( por lo tanto, una me$cla de aromas entre el CH 3 COOH
( el 1ster producido> por
lo tanto/
:etanol/
93C
O9
93C
O9 D
9 O
93C
H
O
+
93C
O
C93 D
9!O
O
2l :etanol, al igual =ue el "78utanol, es un alco&ol primario, ( es buen candidato a +ormar un 1ster mediante la metodología empleada para con el "7 8utanol' 0or lo tanto/ O
O 93C
O9 D 93C
H O9
O
+
93C
O9 D 93C
9
D
O 9
93C
Lo =ue &i$o tan di+ícil identi+icar =ue compuesto predomino como producto en la reacci-n' Las posibles causas de ello son =ui$á, no agregar su+iciente alco&ol o una producci-n de agua no controlado'
C93
D
O
D 9
9
89
"& Co)cl'so)es% O
93C
O
C93 2ster
Cuando se puede reconocer =ue, en una reacci-n redo, una especie o mol1cula se reduo se puede in+erir en =ue otro
compuesto de la misma reacci-n se oido' Lo =ue se puede observar en el criterio por el cual se considera positiva, a la aparici-n del precipitado pardo, en la oidaci-n de alco&oles con
KMnO 4
'
0ues no radica en =ue si el alco&ol se oido, si no en si el pergamanato de potasio se reduo' 2llo permite concluir =ue para este tipo de pruebas &a( =ue tener mu( en cuenta +actores aenos a la reacci-n ( la metodología =ue pudiesen reducir al
KMnO4 ,
( con ello obtener
+& Reere)cas% "' 9' @' @urst, H' ' HoJel, ;Química Orgánica 2perimental<, *everte, !), 8arcelona, pp' G! K G' !' ' :c:urr(, ;Química Orgánica<, )M edici-n, Cengage Learning, !, :1ico @'F, pp' A3) K AG' 3' 0aul * OConnor 7 "P)) 7 G"A páginas ;Química/ eperimentos ( teorías< 2ditorial *22*.2 S'?' 0ágina '
lo =ue se denomina ;+also positivo<'
Los alco&oles pueden presentar solubilidad parcial tanto en agua como el 1ter de petr-leo, por=ue entre la regi-n &idro+obica ( la regi-n &idro+ilica se ;disputan< la polaridad del compuesto> creando la oportunidad de =ue un alco&ol pueda ser los su+icientemente polar para solvatarse en agua, pero no tanto como para no diluirse en 1ter de petr-leo' a =ue los cambios estructurales en las regiones a+ecta de +orma gradual la polaridad del compuesto' 0ara estar seguro sobre la resultado de una prueba de esteri+icaci-n, se deduo =ue es más e+iciente el uso de ácidos carboílicos con olores +uertes, ( &asta desagradables, para =ue al reaccionar con el alco&ol ( se +orme el 1ster, el cambio de olor sea decisivo para con+irmar el resultado' Siempre ( cuando se use el criterio del ol+ato para u$gar el resultado, pues depende de cada eperimentador ( su eperticia el reconocer olores ( cambios en ellos'
' ' :' .eion, ' ?' Harcía, ' im1ne$, I' Huerrero, ;La Quinc&a en 0roblemas<, !da 2dici-n, .ebar, !A, :adrid, pp' !") K !"' G' l' F' Fieser, :' Fieser, ;Química Orgánica Fundamental<, *everte, "PG, 8arcelona, pp' "P K "P' A' @' ?' Cárdenas 0ascual, ;Quinc&a !< "M 2dicion, Umbral, !G, :1ico, pp' !"P K !!"' )' ' Hri++in r', ;Química Orgánica :oderna<, *everte, "P", 8arcelona, pp' 3)P K 3'
