RECONOCIMIENTO Y DIFERENCIAS DE LOS ALDEHIDOS Y LAS CETONAS (grupo carbonilo) 1
Oscar Luis Gómez V. (20132150025), Manuel Andrés Prieto S. (20131150037), Carlos Andrés Morales Morales G. (20132150010), (20132150010), Carlos Carlos Alberto Torres. Torres. (20082150049). (20082150049). 2 Andrés Bernal. Bernal. 1,2 Universidad Distrital Francisco José de Caldas 1 Estudiantes- Química Química Orgánica I 2 Profesor- Química Orgánica I Bogotá D.C. 2 de de mayo de 2016 2016
RESUMEN Existe la posibilidad de disponer de una serie de reacciones que permiten caracterizar determinados grupos funcionales. En algún caso varios grupos funcionales pueden dar una misma reacción, por lo que será necesario aplicar alguna otra reacción característica para estar seguros de la naturaleza de los l os mismos, por tal t al razón la identificación de un grupo funcional es sumamente importante para el área de la química orgánica. El presente artículo expone los resultados obtenidos en el desarrollo de la práctica de identificación y diferenciación de aldehídos y cetonas a partir de pruebas con reactivos como 2,4dinitrofenilhidracina, Tollens, Fehling, Schiff y la reacción del haloformo. A partir de estas se pudo reconocer que el grupo carbonilo tiende a ser muy reactivo y que los reactivos de análisis poseen características de oxidación – reducción reducción que permiten evidenciar los resultados.
PALABRAS CLAVES Aldehído, Cetona, Reducción, Reactivo de Fehling, Reactivo de Tollens, Reactivo de Schiff, Prueba del haloformo, Reducción.
ABSTRACT There is the possibility of a series of reactions that allow to characterize certain functional groups. In some cases several functional groups can give a same reaction, so it will be necessary to apply some other characteristic reaction to make sure nature of them that is why the identification of a functional group is extremel y important for the area of organic chemistry. This article presents the results obtained in the development of the practice of identification and differentiation of aldehydes and ketones from tests with reagents such as 2, 4-dinitrofenilhidracina, Tollens, Fehling, Schiff and the haloform reaction. From these you could recognize that the carbonyl group tends to be very reactive and that analysis reagents have oxidation-reduction features that allow revealing the results.
KEY WORDS Aldehyde, ketone, reduction, Fehling reagent, Tollens reagent, Schiff's reagent, haloform test, Reduction
INTRODUCCIÓN La entidad C=O se conoce con el nombre de grupo carbonilo, y los compuestos que contienen este grupo funcional se denominan compuestos carbonílicos. El compuesto más sencillo con un grupo carbonilo es el formaldehído, H2CO; es un gas muy soluble en agua. Los demás
compuestos carbonílicos son líquidos, a menos que tengan peso molecular elevado. Los esteres tienen olores a frutas, y las cetonas cíclicas grandes tienen olores agradables y son componentes de la mayoría de perfumes
[1].
De forma análoga al doble enlace C=C, el doble enlace C=O se describe también por medio de un enlace y un enlace . Como consecuencia de la diferente electronegatividad de ambos átomos, en el doble enlace C=O existe una polaridad. Aunque el enlace C=O es muy fuerte (176-179 Kcal/mol) es, sin embargo, un doble enlace muy reactivo. La gran reactividad se debe a la diferencia de electronegatividad. Los aldehídos y cetonas son compuestos que se caracterizan por tener un grupo carbonilo (formula general CnH2nO), dicho grupo se compone de un átomo carbono de enlace doble hacia un átomo de oxígeno. La diferencia más importante es que en las cetonas el grupo carbonilo se encuentra enlazado a dos grupos alquilo, mientras que en el aldehído el grupo carbonilo se encuentra enlazado a un grupo alquilo y a un átomo de hidrogeno lo que le confiere más estabilidad a las cetonas que a los aldehídos [2]. Por lo tanto dicho grupo le conferiría gran parte de sus características. Cuando un carbono carbonílicos se une a un hidrógeno y a un grupo alquilo, el compuesto resultante es un aldehído. En las cetonas el carbonilo se une a dos grupos alquilo.
0,5 mL de etanol 95%. La solución obtenida se añadió a 1 mL del reactivo. Se agitó fuertemente y se esperó la formación de un precipitado amarillo como resultado positivo.
Reactivo de Fehling En la prueba con el reactivo de Fehling, se mezcló 1 mL de la solución A con 1 mL de la solución B y se añadió una pequeña cantidad del compuesto a analizar. El tubo de ensayo se sometió a calentamiento a baño maría y se esperó a la formación de precipitado.
Reactivo de Tollens La prueba con reactivo de Tollens consistió en agregar una cantidad pequeña del compuesto a analizar en 2 mL del reactivo de Tollens, en seguida se agitó el tubo de ensayo y se dejó en reposo, para observar los resultados fue necesario calentar el tubo hasta la aparición de precipitado negro o el espejo de plata.
Reactivo de Shiff Para el ensayo con el reactivo de Shiff , se añadió una pequeña cantidad del compuesto a analizar en el reactivo de Schiff. El color vino o purpura se considera positivo.
Prueba de Haloformo Figura 1- formulas generales para aldehídos y cetonas
El propósito de esta práctica fue reconocer mediante pruebas químicas las características que tiene el grupo carbonilo de aldehídos y cetonas de acuerdo a sus propiedades.
METODOLOGÍA 2,4-dinitrofenilhidracina. Para la prueba de la 2,4dinitrofenilhidracina se disolvieron dos gotas del aldehído o cetona a ensayar en
En la prueba de Haloformo, se depositó en un tubo de ensayo una cantidad considerable del aldehído o la cetona, luego se añadió 5 mL de dioxano y se agitó hasta disolución. Después de esto, se agregó 1 mL de NaOH al 10% y posteriormente una solución de yodoyoduro de potasio, hasta que hubo un exceso de yodo reconocido por su coloración oscura. El exceso de yodo se eliminó con NaOH 10% por dos minutos. Se dejó reposar y se esperó la aparición de una solución amarilla.
RESULTADOS En un inicio hay que aclarar que compuestos químicos se utilizaron y cuáles de ellos son aldehídos y cuales son cetonas, esta información se puede ver en la tabla 1.
Aldehídos
Cetonas
Benzaldehído Formaldehído Glucosa
Acetona Ciclohexanona Fructosa
Tabla 1- compuestos utilizados según su clasificación del grupo funcional.
En la Tabla 2 están consignados los resultados de la prueba de la 2,4dinitrofenilhidracina. Esta prueba permite reconocer cualitativamente aldehídos y cetonas por la formación de un precipitado amarillo, anaranjado o rojo al reaccionar con el grupo carbonilo de éstos.
Compuesto
Resultado
Benzaldehído Formaldehído Acetona Ciclohexanona Glucosa Fructosa
Positivo Positivo Positivo Positivo Positivo Positivo
Tabla 2- Resultados de la prueba de la 2,4dinitrofenilhidracina para reconocimiento cualitativo de aldehídos y cetonas.
Los resultados para la prueba de Fehling se exponen en la tabla 3:
Compuesto
Resultado
Benzaldehído Formaldehido
Negativo Positivo
Acetona
Negativo
Ciclohexanona
Negativo
Glucosa
Positivo
Fructosa
Positivo
Tabla 3- Resultados de aldehídos y cetonas con el reactivo de Fehling.
Para la prueba de Tollens se presentan los resultados en la tabla 4:
Compuesto
Resultado
Benzaldehído Formaldehido Acetona Ciclohexanona Glucosa Fructosa
Positivo Positivo Negativo Negativo Positivo Negativa
Tabla 4- Resultados de la oxidación de aldehídos con la prueba de Tollens
Los resultados para la prueba de Shiff se presentan en la tabla 5
Compuesto
Resultado
Benzaldehído Positivo
Formaldehido
Positivo
Acetona
Negativo
Ciclohexanona
Negativo
Glucosa
Positivo
Fructosa
Negativo
Tabla 5- Resultados con la prueba de Shiff Los resultados para la prueba de haloformo se presentan en la tabla 6
Compuesto
Resultado
Benzaldehído Formaldehido Acetona Ciclohexanona Glucosa Fructosa
Negativo Negativo Negativo Negativo Negativo Negativo
Tabla 6- resultados para la prueba de Haloformo
ANÁLISIS DE RESULTADOS 2,4-dinitrofenilhidracina Se debe tener en cuenta que la mayoría de reacciones con el grupo carbonilo son muy similares, ya que esencialmente consisten en la adición nucleofílica al carbono o la adición electrofílica al oxígeno [3]. En esta prueba se da la adición de un aldehído o una cetona al 2,4- dinitrofenilhidracina para la obtención de un precipitado rojo o amarillo de 2,4 dinitrofenilhidrazona, su mecanismo de reacción se muestra en la figura 2. En este mecanismo se da la adición de los alquilos que acompañan al grupo carbonilo al nitrógeno de la amida en el compuesto para la formación de la hidrazona.
tártaro doble de sodio y potasio junto con hidróxido de sodio. En esta reacción se da la oxidación del aldehído a sal de ácido carboxílico, mientras el complejo de cobre se reduce de ion cobre II a oxido de cobre I como se puede ver en la siguiente ecuación:
En cetonas esta reacción no se da, además al ser en un medio altamente básico, algunos compuestos pueden formar enoles por lo que se daría un falso positivo como podría ser para el caso de la Ciclohexanona, también este reactivo sirve para reconocer azucares reductores, los cuales son monosacáridos con grupos carbonilos libres, esto se puede reconocer en la forma lineal de ambas moléculas, de glucosa y fructosa, las cuales son azucares reductores como se muestra en la figura 3 [5].
Figura 2- Mecanismo de reacción en la formación de la 2,4-dinitrofenilhidrazona a partir de la 2,4dinitrofenilhidracina. (Tomado de: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/f/ff/ Brady%27s-reagent-mechanism.png)
A partir de lo anterior podemos decir que esta prueba sirve para la comprobación de la existencia de un grupo carbonilo en un compuesto siendo el precipitado amarillo para compuestos de carbonilo alifáticos mientras que un color rojo-naranja es indicativo para compuestos de carbonilo aromáticos, en algunas excepciones para algunas cetonas alifáticas y de cadena larga que dan aceites [4]. En cuanto al color del precipitado resultante, este puede cambiar por las impurezas existentes formando a veces precipitados de color marrón [3] por ello se deben haber obtenido un resultado positivo con todos los compuestos.
Reactivo de Fehling Esta prueba consiste en una solución A de sulfato cúprico y una solución B de
Figura 3- Forma lineal de la glucosa y fructosa (tomado de: http://www.monografias.com/trabajos82/heladovainilla-polvo/image009.jpg)
Como se mencionó en el apartado anterior, en esta prueba se transforman aldehídos y no cetonas, por consiguiente se entiende que las cetonas no darán positivo para este ensayo, salvo por procesos de enoles. Con esta prueba también es posible identificar azúcares reductores como la glucosa.
Reactivo de Tollens Este reactivo consiste en nitrato de plata en hidróxido amonio, el cual forma un complejo igual que el anterior, oxida al
aldehído a sal de ácido carboxílico, pero en este la plata se reduce del ion plata I a plata metálica como se muestra en la siguiente ecuación:
Dicha reacción no se suele dar en cetonas, en este caso se dice que la prueba es positiva cuando se nota la plata metálica en las paredes del tubo o una superficie fina de reflejo de espejo [5].
Reactivo de Shiff Esta prueba se da para el reconocimiento de aldehídos mediante el siguiente mecanismo de reacción: Paso 1: la amina se adiciona al carbonilo por ataque nucleofílico.
color violeta oscuro, mientras que para las cetonas una tonalidad rosada (ver tabla 5). La insolubilidad del aldehído puede dar un resultado negativo, por ello, esta prueba no es muy fiable para el reconocimiento de aldehídos [4]. En las anteriores pruebas de oxidación se dieron en aldehídos ya que en estos se da la pérdida del hidrogeno que está unido al grupo carbonilo mientras que las cetonas no tienen dicho hidrogeno, por esto son resistentes a la oxidación [6].
Prueba del Haloformo La prueba de haloformo permite identificar cualitativamente estructuras como la del acetaldehído o la de las metilcetonas. Consiste en una reacción de dos etapas, donde en la primera se sustituyen los hidrógenos del carbono por átomos del halógeno y en la segunda se da un ataque nucleofílico de un OH al carbono del grupo carbonilo. Las Figuras 4 y 5 exponen las ecuaciones de la primera y segunda etapa de la reacción del haloformo respectivamente [7].
Paso 2: formación de la carbinolamina.
Paso 3: protonación de la carbinolamina.
Figura 4- Primera etapa de la reacción del haloformo (Linstromberg, 1979).
Paso 4: desprotonación y formación de la imina.
Figura 5-. Segunda etapa de la reacción del haloformo (Linstromberg, 1979) (Durst & Gokel, 1985).
En esta prueba cuando se da la reacción con los aldehídos, esta solución toma un
Hay que tener en cuenta que esta prueba es para la diferenciación de cetonas, pero
revisando la tabla 6 se tiene que esta prueba resultó negativa tanto para aldehídos como para cetonas, esto se puede deber a que la solución de yodoyoduro de potasio no contenía yodo molecular si no que este se encontraba en solución (I-) y al encontrarse así solo se produce la primera etapa de la prueba y no ocurrirá la desprotonación del ácido carboxílico para producir el yodoformo y el carboxilato. Otros de los factores que puede intervenir es la concentración de la solución de hidróxido de sodio, ya que si este se encuentra en una concentración mayor de la indicada ha de reaccionar completamente con el yodo formando el respectivo halogenuro y el agotamiento de yodo molecular que no podrá reaccionar con la cetona. Por último la contaminación del reactivo también influye en esta etapa, debido a que en un reactivo contaminado se evidencian falsos positivos y en el peor de los casos el 100% de error en la prueba.
CONCLUSIONES Estas pruebas de identificación permiten conocer cualitativamente la presencia de una estructura en un compuesto a partir del cambio visual que se produce como resultado de la reacción de los compuestos a identificar (aldehídos) con los reactivos de análisis, que se basan en oxidación y reducción de alguno de los dos. A partir de todas las pruebas se denoto que el grupo carbonilo fue el representante en la mayoría de reacciones puesto que intervenía en todas ellas, en cuanto a la diferenciación de aldehídos y cetonas se puede decir que los aldehídos tienen gran poder reductor, por lo que se oxida y reduce a los compuestos con los cuales reacciona ya que también es inestable, mientras que las cetonas son más estables, por lo tanto reaccionan indirectamente ya que reacciona la metil cetona mediante
halógenos para la producción de haloformos. A partir de los resultados del desarrollo de la práctica y el análisis de éstos, se puede concluir que para este tipo de pruebas son los aldehídos los grupos que reaccionan con cada uno de los reactivos, por esta razón la identificación de cetonas se da por los resultados negativos de las reacciones de aldehídos.
BIBLIOGRAFÍA [1]. Allinger 1984. Química Orgánica. Barcelona. Editorial Reverte S.A [2]. L.G. Wade, J. 2004. Química Orgánica 5ª edición. Madrid Pearson Education [3]. Durst, H., y Gokel, G. 2007. Química Orgánica Experimental. Barcelona. Editorial Reverte S.A [4]. Pasto, D. J. y Johnson, C.R 2003 determinación de Estructuras Orgánicas. Barcelona. Editorial Reverte S.A [5]. Baley, P. S y Baley, C. A. 1998. Química orgánica: Conceptos y Aplicaciones. Pearson Education [6]. Graham Solomons, T. W. 1999. Química Orgánica. Florida. Editorial Limusa Wiley [7]. Linstromberg, W. 1979. Curso Breve de Química Orgánica. Barcelona. Reverte S.A
ANEXOS Representación del sistema periódico: una tabla basada en triadas Resumen En este artículo presentaremos una representación del sistema periódico basada en dos pilares fundamentales: las tríadas de número atómico y la concepción de los elementos químicos como sustancias básicas. En la última década, la noción de tríada ha sido rescatada y sugerida por Eric Scerri como posible criterio categorial para representar la periodicidad química. Mediante esta representación,
mostraremos como a través de tríadas es posible reconstruir todas las relaciones entre los elementos que forman los grupos del sistema periódico, sin apelar a las configuraciones electrónicas.
ABSTRACT This article introduces a representation of the periodic system based on two fundamental pillars: the triads of atomic number and the conception of the chemical elements as basic substances. In the last decade, the notion of triad has been recovered and suggested by Eric Scerri as a possible categorical criterion to represent chemical periodicity. By means of this representation it is shown how all the relations among the chemical elements that form the groups of the periodic system can be reconstructed on the basis of triads, without using electronic configurations.
