¡Descarga Propiedades del grupo carbonilo e identificación de aldehídos y más Ejercicios en PDF de Química Orgánica solo en Docsity!
Nombre: Morales Jimenez Magdalena Esther
UNIVERSIDAD CATÓLICA
BOLIVIANA “SAN PABLO”
Carrera: Ingeniería Química FACULTAD DE INGENIERÍA Materia QMC-004 Laboratorio de Química Orgánica Fecha de realización
Paralelo: 1 Horario 18:00 – 19:30 Fecha de entrega
LABORATORIO 4
PROPIEDADES DEL GRUPO CARBONILO E IDENTIFICACIÓN DE ALDEHÍDOS
1. OBJETIVOS
a. OBJETIVO GENERAL ✓ Comprobar la presencia del grupo carbonilo en muestras de aldehídos y cetonas por medio de la aplicación de pruebas comunes y específicas de identificación del grupo carbonilo y aldehídos, para determinar las propiedades y diferencias químicas de los mismos. b. OBJETIVOS ESPECÍFICOS ✓ Aplicar las pruebas de 2,4-dinitrofenilhidrazina y de bisulfito de sodio para la identificación del grupo carbonilo en muestras de aldehídos y cetonas. ✓ Determinar el mecanismo de reacción de las pruebas de identificación del grupo carbonilo. ✓ Aplicar las pruebas de Schiff, Tollen y Fehling para la identificación de aldehídos para determinar sus propiedades químicas. ✓ Determinar el mecanismo de reacción de las pruebas de identificación de aldehídos.
2. FUNDAMENTO TEÓRICO Los aldehídos y las cetonas se caracterizan por tener el grupo C=O, denominado grupo carbonilo. En los aldehídos las dos valencias sobrantes del átomo de carbono están unidas a un radical alquílico y a un átomo de hidrógeno, respectivamente. En las cetonas las dos valencias libres están ligadas a radicales alquílicos, los cuales pueden ser iguales o diferentes. (Sevilla, 1975) Tanto los aldehídos como las acetonas presentan propiedades químicas que los diferencian, tales como su reacción frente a oxidantes o frente reactivos de adición, lo cual permite su diferenciación por medio de la experimentación con estos reactivos. Entonces, la conducta de aldehídos y cetonas frente a los agentes oxidantes provee una distinción útil entre ellos. Los aldehídos se oxidan fácilmente a ácidos, aun con oxidantes suaves. (Oullete, 1973) Mientras que la oxidación de las cetonas representa una mayor dificultad y se necesitan agentes oxidantes más potentes, como ser el ácido crómico. (Sevilla, 1975)
Los aldehídos y cetonas se comportan como ácidos debido a la presencia del grupo carbonilo, lo cual provoca que presenten reacciones típicas de adición nucleofílica. (Estrada, 2015) El doble enlace entre el átomo de carbono y el átomo de oxígeno del grupo carbonilo explica la gran actividad química de los aldehídos y cetonas. En cualquier reacción de adición, el protón H+^ se fija al átomo de oxígeno del grupo carbonilo y el resto de la molécula se une al átomo de carbono. (Sevilla, 1975) Es así que, el grupo carbonilo no saturado presenta numerosas reacciones de adición. El grupo que lo ataca es el suministrador de un par electrónico, es decir un nucleófilo, el cual se acerca al carbono del carbonilo en dirección perpendicular al plano de este grupo y entonces queda el electrófilo unido al átomo de oxígeno. (Oullete, 1973) En una reacción de adición existe un incremento del número de átomos o grupos unidos al carbono, lo cual significa que la molécula se encuentra más saturada. (Whitten, 2014) De esta manera, sobre la base de las propiedades químicas que presenta el grupo carbonilo, y específicamente los aldehídos y las cetonas, se aplican de manera experimental pruebas de identificación, como ser las que se explican a continuación. Pruebas comunes para identificación del grupo carbonilo
- Prueba de 2,4-dinitrofenilhidrazina La 2,4-dinitrofenilhidrazina es un polvo cristalino y húmedo de color rojo o naranja, no tiene olor y es poco soluble en agua. (Estrada, 2015) Esta prueba se basa en el ataque nucleofílico al grupo carbonilo de la muestra analizada, es decir, que la reacción que se lleva a cabo corresponde a una adición nucleofílica. Es una prueba de reconocimiento de acetonas y aldehídos donde, el 2,4-dinitrofenilhidrazina reacciona con el grupo carbonilo de estos compuestos para formar 2,4-dinitrofenilhidrazonas, las cuales se encuentran en un estado sólido y precipitan con un color amarillo, comprobando de esta manera la existencia del grupo carbonilo, y, por ende, de alguna de las especias, ya sea aldehído o cetona. (Leira,
- La reacción general que se lleva a cabo se muestra en la Ilustración 1.
- Prueba del Bisulfito de sodio La prueba del bisulfito de sodio se basa en la reacción de adición de este reactivo a compuestos para analizar la presencia del grupo carbonilo en los mismos. Ilustración 1 : Reacción de la 2,4-dinitrofenilhidrazina con aldehídos o cetonas
formación de dicho “espejo” el criterio para la positividad de la prueba. Las cetonas no reaccionan con el reactivo de Tollens (Oullete, 1973) La reacción general se muestra en la Ilustración 4. Ilustración 4 : Reacción del Reactivo de Tollens con un aldehído
- Prueba de Fehling Con relación a esta prueba, se debe preparar el reactivo de Fehling previo momento a la reacción con la muestra analizada, este se prepara con volúmenes iguales de las soluciones A y B de este reactivo, las cuales corresponden al Sulfato cúprico pentahidratado y al tartrato de sodio potásico e hidróxido de sodio, respectivamente. Este reactivo es considerado un oxidante suave, por lo que las cetonas no reaccionan con él. (Leira, 2013) La reacción química que se lleva a cabo en la preparación de este reactivo se muestra en la Ilustración 5. La positividad de la prueba se determina a partir de la presencia de un precipitado color marrón tras aplicar calor a la mezcla de reactivos con la muestra analizada, este precipitado se debe a la oxidación del aldehído a un ácido, donde los iones cuprosos se reducen a iones de óxido cuproso en forma de sólido colorido. (Leira, 2013) Por ejemplo, la reacción general que se lleva a cabo en la prueba con el formol se muestra en la Ilustración 6. Ilustración 6 : Reacción del reactivo de Fehling con el formol Ilustración 5 : Preparación del reactivo de Fehling
3. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
Con relación a los materiales y reactivos que se utilizó en el procedimiento experimental, se utilizó el simulador OLABS, el cual proporcionó los mismos de forma virtual. La siguiente tabla detalla los materiales y reactivos utilizados. Tabla 3.1: Materiales y reactivos MATERIALES REACTIVOS N NOMBRE N NOMBRE FÓRMULA 1 Goteros 1 Alcohol rectificado C 2 H 5 OH 2 Gradilla 2 2,4-dinitrofenilhidrazina C 6 H 6 N 4 O 4 3 Tubos de ensayo 3 Bisulfito de sodio NaHSO 3 4 Tapón de tubos de ensayo 4 Fucsina (Reactivo de Schiff) C 20 H 20 ClN 3 5 Vasos precipitados 5 Nitrato de plata AgNO 3 6 Hornilla 6 Hidróxido de sodio NaOH 7 Cronómetro 7 Amoniaco NH 3 8 Sulfato cúprico (A, reactivo de Fehling) CuSO 4 9 Tartrato de sodio y potasio (B, reactivo de Fehling) KNaC 4 H 4 O 64 H 2 O 10 Agua destilada H 2 O En la Tabla 3.1: Materiales y Reactivos, se mencionan detalladamente los materiales y reactivos utilizados en el procedimiento experimental. Se tienen cinco columnas, las primeras dos columnas se destinan a detallar los materiales y las últimas tres a los reactivos. La primera columna corresponde al número de materiales. La segunda columna indica el nombre de dicho material. La tercera columna corresponde al número de reactivos. La cuarta columna indica el nombre del reactivo utilizado. Por último, la quinta columna indica la fórmula química de dicho reactivo.
Sobre la base de la utilización de los materiales y reactivos mencionados, se procede a detallar el
procedimiento experimental a partir de cinco esquemas enumerados que explican cada uno de los
procedimientos realizados, tanto para las pruebas comunes de identificación del grupo carbonilo,
como para las pruebas de identificación de aldehídos.
Prueba para la identificación de aldehídos
4. TABLAS DE DATOS
Los resultados obtenidos del desarrollo del procedimiento experimental se detallan a continuación en la siguiente tabla. Tabla 4.1: Tabla de datos PRUEBA CAPTURA DE PANTALLA DEL RESULTADO
DESCRIPCIÓN DEL
RESULTADO
PRUEBAS COMUNES PARA IDENTIFICACIÓN DEL GRUPO CARBONILO
2,4-DNP
Captura utilizando una muestra de aldehído Inicialmente se agregó alcohol rectificado a la muestra de aldehído, lo cual no muestra una reacción aparente, no existió un cambio de color. Luego, se adicionaron un par de gotas de 2,4-dinitrofenilhidrazina e inmediatamente la muestra se tornó de color naranja. A continuación, se realizó el mismo procedimiento con una muestra de cetona, y de la misma
Captura utilizando una muestra de cetona producto de adición de bisulfito con bisulfito de sodio, que es de naturaleza cristalina blanca, debido a que ambos compuestos cuentan con grupos carbonilo. Los productos esperados de las reacciones son productos de adición de bisulfito, que corresponden a sales orgánicas. PRUEBAS DE IDENTIFICACIÓN DE ALDEHÍDOS Schiff Tras añadir una gota, o 1 mL del reactivo de Schiff a la muestra de aldehído, esta se torna de un color rosado que tiende a violeta, luego de que se agitó el tubo de ensayo, se percibe claramente este color violeta. Este resultado se debe a que el reactivo de Schiff da un rosa característico o color magenta con aldehídos.
Tollen Captura de la mezcla de nitrato de plata con hidróxido de sodio Captura al adicionar amoniaco Captura tras añadir la muestra de aldehído y calentarlo Inicialmente se agregó a un tubo de ensayo 1 mL de nitrato de plata con 2 - 3 mL de hidróxido de sodio, y se observó que la mezcla tomó un color marrón claro. Este color indica la formación del reactivo de Tollens por la reacción de dichos reactivos. Posteriormente, se añadió a la mezcla en el tubo de ensayo un par de gotas de amoniaco y se observó que el contenido del tubo de ensayo cambió de color a uno plateado un poco oscuro. Esta solución de amoniaco, permite disolver el dióxido de plata que se formó en la anterior reacción. Finalmente, se añadió al tubo de ensayo un par de gotas de muestra de aldehído y se llevó el mismo a un vaso de precipitado para calentarlo con agua en la hornilla. Mientras calienta el tubo, se observó que el color plateado oscuro se tornó a un plateado brillante. Se observa este resultado tras calentar el tubo de ensayo, porque la reacción necesita este calor para llevarse a cabo, siendo este calor el catalizador de la reacción. Este resultado se debe a que los iones de plata en el reactivo de Tollen se reducen a plata elemental y se acumulan en el interior de la superficie del tubo de ensayo en presencia de un aldehído. Esto produce un tipo de efecto de espejo plateado en el interior de las paredes del tubo de ensayo. Demostrando que la muestra analizada en la prueba correspondía a una muestra de aldehído. En la prueba, se da una reacción de oxidación, donde el reactivo de tollens representa al oxidante, que se reduce a plata elemental, y el aldehído es el reductor que se reduce a carboxilato de amonio, produciendo un derivado de ácido carboxílico o un ácido carboxílico.
De manera general, el mecanismo de reacción que se lleva a cabo en caso de que la muestra analizada correspondiese a un aldehído se muestra en la Ilustración 7, donde se observa la reacción específica del acetaldehído, la cual produce 2,4-dinitrofenil hidrazona acetaldehído, que se observa produce una coloración rojiza. Ilustración 7 : Reacción de un aldehído en la prueba de 2,4-dinitrofenilhidrazina De la misma manera, en caso de que la reacción se lleve a cabo analizando una muestra de cetona, el mecanismo de reacción corresponde al que se muestra en la Ilustración 8, donde se observa la reacción específica de la acetona, la cual produce 2,4-dinitrofenil hidrazona acetona, que se observa produce una coloración amarilla. Ilustración 8 :Reacción de una cetona en la prueba de 2,4-dinitrofenilhidrazina En este sentido, el mecanismo de reacción, en caso de considerarse como condensación, la 2,4- dinitrofenilhidrozina se condensa con el aldehído o cetona y se elimina una molécula de agua, esto último siendo característico de las reacciones de condensación. Por otro lado, con relación a la reacción de adición, en una primera etapa el grupo amino de la 2,4- nitrofenilhidrazina se comporta como un nucleófilo que ataca, es decir, se adiciona, al carbono del grupo carbonilo de la muestra de aldehído o cetona. La reacción se lleva a cabo en medio ácido, lo cual favorece la formación del electrófilo en el grupo carbonilo del aldehído o cetona. En una segunda etapa de esta reacción de adición, se elimina una molécula de agua de la molécula, dando lugar de esta manera al cristal de 2,4-dinitrofenilhidrazona. La coloración característica de la reacción se debe a la presencia del grupo nitro, el cual a la vez permite también la formación de cristales. Este mecanismo de reacción se muestra en la Ilustración 9, donde se observa la adición del correspondiente compuesto analizado, aldehído o cetona, a la 2,4-dinitrofenilhidrazina, y el respectivo movimiento de electrones hasta obtener el producto colorado.
Ilustración 9 : Mecanismo de reacción de la prueba de 2,4-dinitrofenilhidrazina Prueba del bisulfito de sodio Con relación a esta prueba, se obtiene un producto de adición como resultado, donde este corresponde a pequeños cristales blancos, tal como se obtuvo en la práctica, lo cual se indica en la Tabla 4.1. De manera general, la reacción de adición que se lleva a cabo analizando una muestra de aldehído se muestra en la Ilustración 10. Ilustración 10 : Reacción de un aldehído con el bisulfito de sodio De la misma manera, si la muestra analizada corresponde a una cetona, el mecanismo de reacción general se da como se muestra en la Ilustración 11. Ilustración 11 : Reacción de una cetona con el bisulfito de sodio Con relación al mecanismo de la reacción, esta corresponde a una reacción de adición nucleofílica, en la cual el bisulfito de sodio se comporta como el nucleófilo y el aldehído o cetona como el electrófilo. En este sentido, el bisulfito de sodio ataca al grupo carbonilo de tal manera que se adiciona a este, formando por medio de una reacción reversible el producto de adición, el cual precipita y se caracteriza por su coloración blanca cristalina.
de ensayo. La reacción que se lleva a cabo corresponde a una reacción de oxidación, en la cual se produce plata y un compuesto mayormente oxidado, el cual puede ser un ácido carboxílico o un derivado de ácido carboxílico. En este sentido, el reactivo de Tollens corresponde al agente oxidante que se reduce a plata elemental, y el aldehído corresponde al agente reductor que se oxida a carboxilato de amonio. En una primera etapa de la reacción, se genera el reactivo de Tollens, el cual se prepara con una solución de nitrato de plata con una solución diluida de hidróxido de sodio, los cuales forman el óxido de plata, el cual precipita como un sólido de color café. Tal como se observa en la Ilustración 14. Ilustración 14 : Formación del óxido de plata En una segunda etapa, tras añadir la suficiente cantidad de amoniaco, este último permite la disolución del óxido de plata, formando de esta manera el reactivo de Tollens.Tal como se muestra en la Ilustración 15. Ilustración 15 : Formación del reactivo de Tollens Entonces, en una tercera etapa, se añade el aldehído, y este reacciona con el reactivo de Tollens en presencia de calor como el catalizador de la reacción. En la práctica el calor es proporcionado por el baño de agua caliente al que se somete a la muestra y el reactivo de Tollens, formándose de esta manera plata y carboxilato de amonio, tal como se observa en la Ilustración 16. En esta etapa, una elevación considerable de la temperatura forma compuestos que impiden la identificación del aldehído. Ilustración 16 : Reacción del aldehído con el reactivo de Tollens Prueba de Fehling Con relación a esta prueba, en una primera etapa de la reacción, se mezclan el reactivo A correspondiente al sulfato de cobre y un reactivo B que corresponde al tartrato de sodio y potasio, los cuales se condensan y dan lugar al reactivo de Fehling, tal como se observa en la Ilustración 17.
Ilustración 17 : Formación del reactivo de Fehling Entonces, en una segunda etapa de la reacción de oxidación, donde el reactivo de Fehling, específicamente el ion cobre, corresponde al agente oxidante que se reduce a óxido cuproso, el cual corresponde a un sólido precipitado que presenta una coloración rojiza. En este sentido, el aldehído corresponde al agente reductor que se oxida en la reacción, lo cual se observa en la Ilustración 18. Ilustración 18 : Reacción de la prueba de Fehling con un aldehído Como ejemplo de la reacción, se muestra el comportamiento del formol en la prueba de Fehling en la Ilustración 19. Ilustración 19 : Reacción del formaldehído con el reactivo de Fehling A continuación, se procede a describir los resultados que se deberían obtener con cada muestra en las diferentes pruebas. Tabla 5.1: Resultados de las pruebas de identificación de muestras de cetonas y aldehídos MUESTRA Prueba 2,4- DNP Prueba del bisulfito de sodio Prueba de Schiff Prueba de Tollens Prueba de Fehling Salicillaldehído Positivo (naranja) Positivo (cristalino blanco) Positivo (violeta) Positivo (plateado brillante) Positivo (rojo)
Entonces, se concluye que el grupo carbonilo tiene propiedades químicas que permiten su identificación y diferenciación de otros compuestos que no cuentan con dicho grupo funcional, y así mismo se concluye la gran eficiencia de las pruebas aplicadas en la presente práctica.
7. PREGUNTAS DE CONTROL a. Investigue si la prueba de la 2,4-dinitrofenilhidrazina y la prueba del bisulfito de sodio sirven para identificar todos los compuestos carbonílicos. Con relación a la prueba de la 2,4-dinitrofenilhidrazina, esta logra identificar todos los compuestos carbonílicos. Por otra parte, la prueba del bisulfito de sodio solo identifica aldehídos y metil cetonas alifáticas, lo cual se debe al impedimento estérico de las cetonas ramificadas, como, por ejemplo, la acetofenona y la benzofenona no reaccionan en una esta prueba. b. Explique los resultados que se obtienen con la glucosa y la fructuosa al realizar la prueba de la 2,4-dinitrofenilhidrazina. La reacción que se lleva a cabo de la glucosa con la 2,4-dinitrofenilhidrazina que muestra en la Ilustración 20 que se tiene a continuación. Ilustración 20 : Reacción de la glucosa en la prueba de 2,4-dinitrofenilhidrazina De la misma manera, la reacción que se lleva a cabo para la fructuosa se muestra a continuación en la Ilustración 21.
Ilustración 21 :Reacción de la fructuosa en la prueba de 2,4-dinitrofenilhidrazina De manera general, los carbohidratos pueden dar reacciones de adición nucleofílica debido al grupo carbonilo que poseen. Como ejemplo de este tipo de reacciones se tiene la adición de la 2,4- dinitrofenilhidrazina para formar osazonas, lo cual es característico de las alfa hidroxi cetonas y de los alfa hidroxi aldehídos; en el caso de formar osazonas es necesario que el carbohidrato tenga un grupo carbonilo real o potencialmente libre para que pueda reaccionar. De esta manera, tanto la glucosa como la fructuosa dan un resultado positivo a la prueba. c. ¿Por qué la Acetofenona, fenona y benzofenona dan negativo a la prueba del bisulfito de sodio? Tanto la acetofenona, la fenona y la benzofenona corresponden a cetonas altamente sustituidas, las cuales no corresponden a las metil acetonas alifáticas. Por lo tanto, tienen un impedimento estérico para reaccionar al ataque nucleofílico del bisulfito de sodio. d. Investigue, la composición, usos y aplicaciones del medio reactivo de Schiff. El reactivo de Schiff se produce a partir de una reacción que incluye colorantes como ser la fucsina y bisulfito de sodio. Se usa como una prueba cualitativa para aldehídos, donde se añade la muestra desconocida con el reactivo de Schiff decolorado; cuando el aldehído esta presente en esta nuestra, se desarrolla un color fucsia o violeta característica. Reactivos del tipo de Schiff tienen aplicación en diversos métodos de tinción de tejidos biológicos, por ejempli, tinción de Feulgen y tinción de ácido periódico de Schiff.
