Universidad de San Carlos de Guatemala Facultad de Ingeniería Escuela de Ingeniería Química Área de Química Laboratorio de Química Orgánica II Impartido por: Ing. Sección: D
PREPARACIÓN DE ACETALDEHIDO Y ACETONA 1. RESUMEN
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2. OBJETIVOS
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3. MARCO TEÓRICO
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4. MARCO METODOLÓGICO
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5. RESULTADOS
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6. INTERPRETACIÓN
DE /30
RESULTADOS 7. CONCLUSIONES
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8. BIBLIOGRAFÍA
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9. APÉNDICE
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9.1 DATOS ORIGINALES
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9.2 MUESTRA DE CÁLCULO
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9.3 DATOS CALCULADOS
/4 /100
NOTA FINAL Nombre: Brian Josue Pacheco Estrada Carné: 201123050 Guatemala, 16 de Abril del 2015 1
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INDICE
Carátula
1
Índice
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Resumen
5
Objetivos
7
Marco Teórico
9
Marco Metodológico
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Resultados
15
Interpretación de Resultados
17
Conclusiones
21
Bibliografía
23
3
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RESUMEN
La práctica realizada fue la preparación del acetaldehído y acetona, con la cual se analizó el método de obtención de los mismos mediante el uso de un alcohol primario, secundario y terciario, así como también, también, interpretar los resultados de las pruebas de identificación respectivas para aldehídos y cetonas. Para obtener el 2-Propanona, se procedió a introducir el alcohol establecido en un Erlenmeyer, para ser titulado con ácido crómico para llegar a una titulación de óxidoreducción con él con el alcohol. Sintetizando el 2-Propanona dependiendo del tipo de alcohol. Finalmente se realizaron las pruebas de identificación, las pruebas realizadas fueron: solubilidad con agua, prueba de Tollens, prueba de Schiff, prueba de F ehling y Yodoformo, con las cuales se determinó que estas varían, para cada grupo, con respecto a las características teóricas que corresponden a los aldehídos y para las cetonas. Dando como resultado una incongruencia con respecto a los criterios de las pruebas, así como un error en el procedimiento en la síntesis de los productos. La práctica se realizó a un presión de 0.84 atm y una temperatura de 23°C.
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OBJETIVOS
Objetivo G eneral eneral
Interpretar el método de obtención de aldehídos y /o cetonas, mediante el uso de alcohol primario, secundario y terciario.
Objetivos Específicos 1. Determinar las diferencias que existen entre aldehídos aldehídos y cetonas como grupos grupos funcionales, mediante el criterio de las respectivas pruebas de identificación. 2. Analizar la oxidación oxidación de un alcohol en función función de la síntesis de una acetona y/o aldehído. 3. Interpretar lo sucedido en las las pruebas de identificación identificación respectivas para aldehídos y cetonas.
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1. MARCO TEÓRICO Los aldehídos y cetonas[1] son dos familias de compuestos orgánicos del grupo carbonilo, que se caracterizan por el enlace C=O. Los aldehídos pr esentan el grupo carbonilo en posición terminal mientras que las cetonas lo presentan en posición intermedia, es decir, que los aldehídos contienen además, un hidrogeno, mientras las cetonas tienen dos grupos orgánicos.
La diferencia en la composición de los aldehídos y cetonas es, que los aldehídos se oxidan con más facilidad, las cetonas lo hacen con dificultad; los aldehídos suelen ser más reactivos que las cetonas en adiciones nucleofílicos, reacciones estas últimas características de los compuestos carbonílicos. El primer miembro de la familia química de los aldehídos es el metanal o formaldehído (aldehído fórmico), mientras que el primer miembro de la familia de las cetonas es la propanona o acetona (di-metil acetona).
1.2 Nomenclatura de los Aldehídos y Cetonas Para los aldehídos [2], por lo general, se denominan derivando el nombre de los ácidos carboxílicos correspondientes. Sólo se reemplaza la terminación –ico por – aldehído y se elimina la palabra ácido. 1
Página: 895; Química Orgánica – Wingrove, Alan S. Caret, Robert L. Página: 746; Química Orgánica – Morrison & Boyd, Quinta Edición
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O también, los aldehídos se nombran reemplazando la terminación -ano del alcano correspondiente por -al. No es necesario especificar la posición del grupo aldehído, puesto que ocupa el extremo de la cadena (localizador 1). Cuando la cadena contiene dos funciones aldehído a ldehído se emplea el sufijo -dial.
Para la mayoría de cetonas, se dan los dos grupos ligado sal carbono carbonílico y se añade la palabra acetona. Las cetonas aromáticas se denominan fenonas. O también, las cetonas se nombran sustituyendo la terminación -ano del alcano con igual longitud de cadena por -ona. Se toma como cadena principal la de mayor longitud que contiene el grupo carbonilo y se numera para que éste tome el localizador más bajo.
1.3
Propiedades Físicas de los Éteres
El grupo carbonílico [2] polarizado convierte a los aldehídos y cetonas en sustancias polares, por lo que tienen puntos de ebullición más elevados que los compuesto no polares de peso molecular comparable. Por sí mismas, no son capaces de unirse intermolecularmente por puentes de hidrógeno, debido a que
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sólo poseen hidrógeno unido al carbono, por consecuencia, su punto de ebullición es menor a la de los alcoholes y acido carboxílicos comparables. Los aldehídos y las cetonas inferiores son solubles en agua, probablemente por los puentes de hidrogeno que pueden establecerse entre las moléculas del disolvente y las del soluto. La solubilidad limite se alcanza alrededor de unos cinco carbonos. Los aldehídos y cetonas son solubles en los disolventes orgánicos usuales. Los aldehídos y cetonas se comportan como ácidos debido a la presencia del grupo carbonilo, esto hace que presenten reacciones típicas de adición nu cleofílica. Los aldehídos se oxidan con facilidad frente a oxidantes débiles produciendo ácidos. Mientras que las cetonas sólo se oxidan ante oxidantes muy enérgicos que puedan romper sus cadenas carbonadas. Es así que las reacciones de oxidación permiten diferenciar los aldehídos de las cetonas en el Laboratorio.
1.4 Síntesis de Aldehídos Uno de los métodos más importantes de preparación de un aldehído es la oxidación controlada de un alcohol primario correspondiente. La oxidación con ácido crómico es el método más fácil. Deben tomarse precauciones en la oxidación de alcoholes primarios, puesto que sobre-oxidan a ácidos carboxílicos en presencia de oxidantes que contengan agua. En estos casos debe trabajarse con reactivos anhídros, como el clorocromato de piridino en diclorometano (PCC), a temperatura ambiente.
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1.5
Síntesis
de
Cetonas El método más útil
[3] para
preparas las cetonas es la oxidación del alcohol
secundario correspondiente. El ácido crómico cr ómico y el permanganato de potasio básico se usan generalmente en el laboratorio. La oxidación supone la pérdida de dos hidrógenos del alcohol. Los alcoholes terciarios no pueden oxidar puesto que carecen de hidrógeno sobre el carbono.
1.6 Reacciones de Aldehidos y Cetonas Las reacciones de los aldehídos y cetonas [4] son esencialmente 3 tipos: adición nucleofílica, oxidación y reducción. La reacción más importante es la de adición nucleofílica, debido a la resonancia del grupo carbonílico. A diferencia de las cetonas, los aldehídos son reductores fuertes, lo que se manifiesta con una disolución de NO3Ag/amoniacal, que les hace depositar en espejo brillante de plata metálica (reactivo de Tollens). Y con el reactivo de Fehling A (disolución alcalina de sulfato cúprico y tartrato sódico potásico), al formarse un precipitado de óxido cúprico de color rojo. Los aldehídos se polimerizan fácilmente, formando sustancias de elevado peso molecular sin alterar la composición elemental. Las cetonas no se polimerizan. 3
Página: 932; Química Orgánica – Wingrove, Alan S. Caret, Robert L. Página: 805; Química Orgánica – Yurkanis, Paula B.
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Los aldehídos son en general más reactivos que las cetonas hacia la sustitución nucleofílica por razones tanto estéricas como electrónicas. Por razones estéricas, porque la presencia de dos sustituyentes relativamente grandes en las cetonas, contra un solo sustituyente grande en los aldehídos, hace que los neutrófilos atacantes puedan aproximarse con mayor facilidad a los aldehídos. Electrónicamente, el mayor grado de polaridad del grupo carbonilo de los aldehídos los hace más reactivos que las cetonas.
1.6 Oxidación con ácido crómico El termino de oxidación en química orgánica se refiere al aumento de enlace carbono-oxígeno o a la disminución de enlace carbono-hidrógeno. Los alcoholes se pueden oxidar nuevamente a alcoholes generándose un enlace carbono-oxígeno y luego los alcoholes se pueden oxidar a cetonas y aldehídos. los aldehídos se pueden oxidar nuevamente a ácido carboxílico produciéndose tres enlaces carbono-oxígeno, mientras que las cetonas no sufren más oxidación: los alcoholes terciarios no tiene hidrógenos que puedan sustituir, por lo tanto, no se pueden oxidar. Para la oxidación de alcoholes el agente más utilizado es el ácido crómico que se prepara disolviendo dicromato de potasio en una mezcla de ácido sulfúrico concentrado y agua destilada, en la cual, la interacción entre el alcohol y un reactivo de cromo (VI) dará origen a un cromato intermediario el cual es sustituido del compuesto orgánico y que luego formará el enlace carbono-oxígeno. La reducción de cromo (VI) que es de color naranjo, naran jo, cambia a cromo (III) que es de color verde azulado, con dicho cambio de color se puede comprobar si el alcohol analizado es primario, secundario o terciario, si no hay un c ambio de color estamos frente a un alcohol terciario. 13
1.7 Aplicaciones en la industria Unos de los aldehídos que mayor aplicación industrial tiene es el metanal ó aldehído fórmico que se utiliza fundamentalmente para la obtención de resinas fenólicas y en la elaboración de explosivos (pentaeritrol y el tetranitrato de pentaeritrol, TNPE) así como en la elaboración de resinas alquídicas y poliuretano expandido. También se utiliza en la elaboración de uno de los llamados plásticos técnicos que se utilizan fundamentalmente en la sustitución de piezas metálicas en automóviles, maquinaria, fontanería así como para cubiertas resistentes a los choques en la manufactura de aparatos eléctricos. Estos plásticos reciben el nombre de POM (polioximetileno) Otras polimerizaciones dan lugar a la obtención de plásticos, resinas y barnices que se utilizan para la protección de objetos así como en la elaboración de pinturas. La formica que se utiliza como panel de revestimiento es un polímero del metanal.
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MARCO METODOLÓGICO
1.1 Reactivos
2.2 Material y Equipo
Dicromato de potasio
1 Erlenmeyer de 250 ml.
Ácido Sulfúrico
1 Probeta de 100 ml
Alcohol (1º/2º/3º)
1 pipeta volumétrica de 10mL
1 bureta de 25 ml
2.2 Procedimiento Experimental 1. Se pesaron 15g de alcohol (primario, secundario o terciario según el caso) 2. Se colocó el alcohol en un Erlenmeyer de 250 ml. 3. Se preparó una solución fría de 12.5 g de dicromato de potasio en 100 ml de agua, con 10 ml de ácido sulfúrico concentrado. 4. Se armó el equipo de titulación. 5. Se utilizó la solución preparada en el inciso 2 como titulante 6. Se anotaron observaciones.
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INICIO
Pesar 15g de Alcohol (1º/2º/3º)
Preparar solución fría de
Colocar en un Erlenmeyer de 250 ml
Preparar equipo de titulación
Titular con la solución acuosa de K2Cr2O7/H2SO
12.5g de K2CR2O7
Agregar en 100ml de agua con 10 ml de H2SO4
Identificar con las pruebas indicadas
Anotar observaciones o bservaciones
FIN
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2. RESULTADOS Tabla I.
Pruebas
No.
Prueba de Identificación
Conclusión
1
Solubilidad en Agua
Positiva (+)
2
Reactivo de Fehling
Negativo (-)
3
Reactivo de Schiff
Negativo (-)
4
Reactivo de Tollens
Negativo (-)
5
Reactivo de Yodoformo
Positivo (+)
Fuente: Elaboración Propia
2.1 Pruebas de identificación Número de Prueba: Primera Prueba Nombre de la Prueba: 2-Propanona/Solubilidad en Agua Criterio de la Prueba: [3]”El grupo cetona va perdiendo su solubilidad al aumentar el número de carbonos en su composición.
Reacción: No hay reacción, por ser una propiedad física. Observación: Fue soluble en agua, se formó sólo una fase. Conclusión: Positiva (+) Número de Prueba: Segunda Prueba Nombre de la Prueba: 2-Propanona/Fehling Criterio de la Prueba:
[3]
No funciona con cetonas porque Fehling es un oxidante muy
débil y el grupo funcional cetona no posee hidrógeno para poderse oxidar más, y las cetonas necesitan un oxidante fuerte para oxidarse.
Reacción: No hay reacción. Observación: No ocurrió ningún cambio. Conclusión: Negativa (-) CH3CH2-CHO + 2Cu(OH)2 +NaOH
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CH3CH2-COONa + 3 H2O + Cu2O
Número de Prueba: Tercera Prueba (Grupo I) Nombre de la Prueba: 2-Propanona /Schiff Criterio de la Prueba: [5] Si a una solución de fucsina, de color rojo-violeta, se le agrega una solución de bisulfito sódico, NaHSO4, o se le hace burbujear SO2, la fucsina se descolora, con lo cual se tiene el reactivo de Schiff o un matiz muy cercano al purpura. Si a tal reactivo se le añaden unas u nas gotas de aldehido, la solución recupera el color primitivo de la fucsina. (Fusson pag 145)
Observación: La muestra se tornó de color marrón. Conclusión: Negativo (-)
Número de Prueba: Cuarta Prueba Nombre de la Prueba: 2-Propanona/Tollens Criterio de la Prueba: [3] El test de Tollens lo que utiliza es nitrato de plata amoniacal y el ion Ag(I) proveniente del complejo Ag(NH3)2 se reduce a Ag metálica, esto se evidencia por la formación de un espejo de plata. (FUSSon pag 192)
Observación: Se formó un color gris. Conclusión: Negativo (-) CH3CH2CHO+ 2Ag(NH3)2OHCH3CH2-COONH4+2Ag+H2O+3NH3
Número de Prueba: Quinta Prueba Nombre de la Prueba: 2-Propanona/Yodoformo Criterio de la Prueba: [3] La prueba de yodoformo se utiliza para detectar grupos -COCH3, produciendo un precipitado de carácter color amarillento. (FUSSON PAGINA 154)
Observación: Se formó una sola fase, luego apareció un precipitado color amarillento. Conclusión: Positiva (+) 3. INTERPRETACIÓN DE RESULTADOS 18
Como ya sea indicado los aldehídos se oxidan fácilmente a ácidos carboxílicos, no así las cetonas, siendo esta la reacción que más distingue a los aldehídos de las cetonas. El oxidante utilizado para el alcohol primario o secundario fue el K2Cr 2O7 (el cual requiere medio alcalino acido sulfúrico para evitar que precipite el insoluble óxido de potasio) oxidando también a los aldehídos. El alcohol utilizado fue el alcohol isopropilico; para verificar la estructura del alcohol se procedió a pruebas de identificación obteniendo resultados negativos indicando que teníamos una cetona. Las cetonas suelen ser menos reactivas que los aldehídos dado que los grupos alquílicos actúan como dadores de electrones por efecto inductivo. Las cetonas se forman cuando dos enlaces libres que le quedan al carbono del grupo carbonilo se unen a cadenas hidrocarbonadas. En la prueba de solubilidad de agua fue positivo a pesar que era cetona, dado, que son insolubles en agua, pero solamente hay una excepción para la propanona, donde las cetonas hasta cuatro carbonos pueden formar puentes de hidrógeno, haciéndose polares. En la prueba de Fehling nos indicó que era una cetona ya que no hubo reacción porque ya no es posible oxidar más al alcohol secundario siendo una acetona la prueba fue negativa. En la prueba de Schiff se observó un color marrón indicando que el color de la fucsina no volvió a su normalidad a color purpura demostrando de forma cualitativa que el alcohol isopropilico su estructura era de un alcohol secundario. La prueba de Tollens la reacción fisicoquímica que se observó fue un tamiz de color gris esto significa que el alcohol isopropilico se estaba oxidando por el ion plata, es posible que no se había oxidado completamente la prueba fue negativa. La quinta prueba fue la de yodoformo fue positiva.
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CONCLUSIONES
1. Las reacciones de los aldehídos y las cetonas hechas en la práctica son caracterizadas para identificarlos y corroborar con propiedades fisicoquímicas (propiedades como los colores que se observan, precipitados que se forman, separación de fases y etc.) dependiendo de esto se puede decir que tipo o que característica tiene el aldehído o cetona utilizada y analizada. Por consiguiente, si obtuvimos el producto deseado Propanona conocida como acetona 2. Al aplicar las pruebas de identificación de solubilidad en agua, Fehling, Tollens, schiff y yodoformo nos ayudó en evidenciar cetonas o aldehídos dependiendo el caso, ya que estas reacciones se presentan específicamente en uno de ellos. Obteniendo, que los resultados de las pruebas analizadas sean positivo, negativo, negativo, negativo y positivo. 3. El exceso de dicromato de potasio al reaccionar con el alcohol primario puede ocasionar que los productos de la reacción química no sea un aldehído sino un ácido carboxílico. Por tanto, es aconsejable medir la cantidad exacta a utilizar K 2Cr 2O7.
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BIBLIOGRAFÍA
1. Bahl, Arun. Textbook of Organic Chemistry. Ram Nagar, Nueva Delhi. Editorial S. Chand & Company, 2010. 1066p. ISBN: 81-219-2614-9 2. Brown, Theodore. Química, la Ciencia Central. 21va. Edición. México: Editorial Pearson Educación, 2009. 1240p. ISBN: 978-607-442-021 978-607-442-021-0 -0 3. Carey. Francis A. Química Orgánica. 6a Edición. Editorial Mc. Graw Hill 2006, México. Capítulo 17 “Aldehídos y Cetonas”. 1216 paginas. ISBN: 970 -
10-5610-8 4. Morrison, Robert T. Boyd, Robert N. Química Orgánica. 5a Edición. México. Editorial Addison-Wesley Iberoamericana. 1987. 1476p. ISBN: 0-201-62932-1 5. Mortimer, Charles E. Química. 4ª Edición. México. Grupo Editorial Iberoamérica. 1983. 768p. ISBN: 968-7270 10-1 6. Wingrove, Alan S. Química Orgánica. México: Editorial FEM de México, S.A., 1986. 1569p. ISBN: 968-6034 36-6 7. Yurkanis, Paula B.
Química Orgánica. 5a Edición. México. Grupo
Prentice Hall. 2007. 1440p. ISBN: 978-9702-607-9-15 8. Síntesis de Aldehídos y Cetonas [en línea]. [Fecha revisión: revisión: 22 Marzo 2014] Disponible en Web: 21
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