Página 1 CARACTERIZACIÓN DE COMPUESTOS CARBONÍLICOS ALDEHIDOS Y CETONAS Nombres E-mail Jessica Isabel Murcia
[email protected] Laura Marcela Vidal
[email protected] Química orgánica, Ing. Ambiental, Ing. civil, Universidad del Cauca Grupo No:
4
Fecha de realización de la práctica:
15/10/14
Fecha de entrega de informe:
05/11/14
1. RESUMEN INTRODUCCIÓN Las cetonas y los aldehídos poseen un grupo característico llamado carbonilo el cual es el responsable de sus características físicas y químicas. Gracias a la presencia de este grupo carbonilo los aldehídos y las cetonas poseen una gran reactividad, los ensayos realizados se hicieron con el fin de identificar en cada caso la presencia de este grupo, tales pruebas fueron la prueba de Tollens caracteriza sólo los aldehídos, la de solubilidad en agua y en acetato de etilo se utilizaron para identificar las propiedades físicas, la reacción con yodoformo caracteriza a sólo cetonas y la reacción con 2,4-dinitrofenilhidracina caracteriza el grupo carboxilo. Resultados: La prueba de Tollens dio positiva para los aldehídos. La solubilidad en agua resultó positiva para todos aquellos con un peso molecular bajo (pocos carbonos) y en acetato de etilo todas fueron solubles. La prueba con la 2,4-dinitrofenilhidracina probó la presencia del grupo carbonilo por ende todas dieron positiva. Por último la prueba con yodoformo es específica para identificar cetonas lo que también fue confirmado. Conclusión: Es mejor utilizar la prueba de Tollens y la de yodoformo si lo que se quiere es separar entre aldehído y cetona ya que cada una de estas identifica un solo grupo. Y si se quiere demostrar la presencia del grupo carbonilo se pude utilizar la prueba con 2,4-dinitrofenilhidracina.
2. RESULTADOS: Tabla 1. Pruebas de solubilidad en agua. REACTIVOS
OBSERVACIONES
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Página 2 Acetona 2-Butanona
Fue soluble en agua, su color inicial era incoloro. El resultado fue soluble en agua. Color inicial amarillo y tenía un olor
Benzaldehido
agradable. Ligeramente soluble, se observó la formación de una pequeña capa en la parte
lucosa
superior, su color inicial cambio de amarillo a un blanco turbio. Líquido insoluble en agua, se notan burbujas y en las paredes hay sustancia
Anisaldehido
aceitosa, su color inicial era amarillo y su color final era vainilla. Sólido de color café insoluble en agua.
Tabla 2. Solubilidad en acetato de etilo. REACTIVO Acetona
OBSERVACIONES Color inicial incoloro. Ligeramente soluble, se observa una pequeña
Butanona Benzaldehido
separación, color final fue color hielo. Su color permanece (amarillo) y presenta una solubilidad Su color no cambia, pero si su intensidad pasa de amarillo a amarillo pálido. Es
Acetofenona
soluble en éter de petróleo. Color inicial: amarillo. Es soluble en éter de petróleo y cambia su color a
Anisaldehido
incoloro. Es bastante soluble en este solvente orgánico. Su color varía de café a color caramelo.
Tabla 3. Prueba de Tollens REACTIVO Acetona
OBSERVACIÓN Color café pálido, formación de puntos cafés pero no se observa reacción por
Butanona Formaldehido Acetofenona
falta de presencia del precipitado gris y el espejo de plata. No reacciona, color amarillento. Reacciona formando un precipitado gris y en las paredes espejo de plata. No reacciona, forma en la parte superior una burbuja blanca y en el fondo un
Glucosa 1%
líquido transparente, presencia de puntos cafés. Reacciona formando el espejo de plata al fondo del tubo de ensayo.
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Página 3 Tabla 4. Reacción con 2,4-dinitrofenilhidracina. REACTIVO Acetona
OBSERVACIÓN La cetona era incolora, al agregarle el reactivo tomó un color amarillo fuerte.
Butanona Benzaldehido Acetofenona
Se ve un precipitado del mismo color Toma un color naranja pálido, no forma precipitado. Al hacer la mezcla se observa un color naranja. No hay precipitado. Al mezclar se observa de un color naranja muy fuerte. Se ve un precipitado
Glucosa 1% Formaldehido
naranja. Toma un color amarillo claro. No hay formación de precipitado. Se observa un color amarillo fosforescente. Se ve un precipitado.
Tabla 5. Reacción con yodoformo. REACTIVO OBSERVACIONES Acetona Al agregar el yodoformo se disolvió. Con agua no se notan 2 capas. Con 25 gotas del NaOH se puso color verde lima luego tomó un color más claro que el 2-butanona
anterior. La reacción da positiva. Al agregar el yodoformo se disolvió. Con agua no se notan 2 capas. Con 30 gotas del NaOH toma un color café claro luego tomó un color más claro que el anterior. La reacción da positiva.
3. ANALISIS DE RESULTADOS Los aldehídos y las cetonas se caracterizan por presentar en su estructura un grupo carbonilo (carbono doble enlace con oxígeno) el cual se encarga de darle cierta polaridad a la molécula y la cual es la responsable de las características que adopta el compuesto. El grupo carbonilo se sitúa en un plano, posee 120° de entre sus enlaces, a esto se le conoce con el nombre de coplanaridad, gracias a esto, al enlace pi, a su polaridad y a los electrones no compartidos (localizados) se atribuye la reactividad que poseen estos compuestos. El grupo carbonilo es polar debido a que el carbono posee una carga parcial positiva y el oxígeno una carga parcial negativa porque los electrones que forman el enlace sigma y el enlace pi especialmente el pi están desplazados hacia el oxígeno que es más electronegativo que el carbono, además el oxígeno tiene 2 pares de electrones localizados. Esta parte polar de la molécula provoca una fuerza extra, dipolo- dipolo por tal razón, posee un elevado punto de
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Página 4 ebullición comparándolos con sus hidrocarburos correspondientes pero un punto de ebullición más bajo que sus alcoholes por falta de puentes de hidrógeno. Así un compuesto carbonílico puede ser atacado indistintamente por un electrófilo o un nucleófilo.
Figura 1
Figura 2
Solubilidad en agua y en acetato de etilo: Cuando un aldehído o una cetona se disuelven en agua forman Hidratos, los aldehídos y cetonas reaccionan en medio ácido acuoso para formarlos. El mecanismo consta de 3 etapas. La primera y más rápida consiste en la protonación del oxígeno carbonílico. Esta protonación produce un aumento en la polaridad sobre el carbono y favorece al ataque nucleofílico. En la segunda etapa el agua ataca al carbono carbonilo, es la etapa lenta de mecanismo, en el carbono que presenta el doble enlace con oxígeno, los electrones de dicho enlace pi pasan al oxigeno que por ser muy electronegativo puede acomodarlos en su orbital p y queda con carga negativa. En la tercera se produce la protonación del oxígeno formándose el hidrato final. Para la solubilidad en agua se tiene en cuenta la posibilidad que tiene la molécula de formar puentes de hidrógeno con el agua, la cetona por ejemplo presenta una solubilidad total primero que todo porque la cadena de carbonos es corta y en ella prima el carácter polar dado por el carbonilo, segundo por la presencia de un O en la molécula el cuál sí puede hacer puentes de hidrógeno aunque en ni los aldehídos ni las cetonas tengan puentes de hidrógeno como fuerzas intermoleculares y tercero por su polaridad. Pasando a la Butanona, ella es muy soluble en agua por las mismas razones que lo es la cetona, su estructura permite crear puentes de hidrógeno con el agua y gracias a la corta cadena de carbonos prima este carácter. El benzaldehído es ligeramente soluble en agua debido a que en su estructura posee un anillo de benceno el cual posee 6 carbonos, es estable y es poco reactivo; tal condición no le permite al benzaldehído tener una completa solubilidad en agua, a pesar de esto logra hacer puentes de hidrógeno y se observa una ligera solubilidad proporcionada por el grupo carbonilo. La Acetofenona por el contrario es insoluble en agua esto debido a 3 factores, la presencia de un feníl en su estructura, la cantidad de carbonos que posee (7 carbonos) y uno de ellos esta como un grupo metilo fuera del fenilo, esto hace que el carácter polar dado por el carbonilo pierda prioridad y la molécula sea apolar; en el
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Página 5 momento en que la se hace contacto con el agua este metilo que se encuentra fuera del anillo benceno, impide que la interacción entre el oxígeno del grupo carbonilo y los hidrógenos del agua se lleve a cabo correctamente. Por último el Anisaldehido es insoluble en agua gracias a la posición para que toman los grupos funcionales en la cual las Cuando un aldehído o una cetona se disuelven en agua forman Hidratos. Los aldehídos y cetonas reaccionan en medio ácido acuoso para formar hidratos. El mecanismo consta de 3 etapas. La primera y más rápida consiste en la protonación del oxígeno carbonílico. Esta protonación produce un aumento en la polaridad sobre el carbono y favorece al ataque nucleofílico. En la segunda etapa el agua ataca al carbono carbonilo, es la etapa lenta de mecanismo. En la tercera se produce la desprotonación del oxígeno formándose el hidrato final. Figura 3: Estructura del acetato de etilo
En esta imagen se puede observar que el acetato de etilo, es un solvente orgánico gracias a que es inerte en las reacciones por la dificultad del rompimiento del enlace C-O, está compuesto de 2 oxígenos los cuales le brindan un carácter polar en su estructura, su función principal es un éster, en su estructura se logra apreciar que posee un grupo carbonilo gracias a esto es que todos los reactivos fueron solubles en acetato de etilo, por la presencia del grupo carbonilo, estos logran hacer interacción. Prueba de Tollens: El reactivo de Tollens es nitrato de plata amoniacal en solución acuosa más amoniaco en solución acuosa Ag(NH3)2 + el cual es un oxidante débil, este ión diaminoplata se oxida; la plata se reduce de estado +1 a plata metálica, la plata se deposita en las paredes como espejo de plata o cae como un precipitado de color gris o negro y se produce su correspondiente ácido carboxílico. Su ecuación general es: R-CHO + Ag(NH3)2 + ---- R-COOH + 2NH3 + 2Ag0(espejo) + H2O En una reacción se utiliza sólo:
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Página 6 R-COH
Tollens
RCOO
-
+
Ag
El reactive de Tollens funciona con aldehídos debido a que estos tienen la posibilidad de reducirse y las cetonas no, por el radical alquilo, porque no poseen en su estructura un protón, porque se encuentran estabilizadas por efecto inductivo de los grupos alquilo a menos que sea una alfa hidroxicetona. Las reacciones que se presentaron fuero: Figura 4
Tollens
HCOO-
+
Ag
Figura 5 Tollens
C5H11COO-
+
Ag
Formaldehido + Tollens Figura 6
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Acetofenona + Tollens
Reacción con 2,4-dinitrofenilhidracina: La 2,4-dinitrofenilhidracina es un compuesto orgánico muy utilizado en la detección cualitativa de los grupos carbonilo de cetonas y aldehídos, también es llamado Reactivo de Brady, la prueba puede dar positivo si al compuesto con 2,4-dinitrofenilhidracina, se le observa un precipitado color rojo, naranja o amarillo. Si el precipitado es amarillo, es indicación de un compuesto carbonílico saturado, si el precipitado es naranja indica la presencia de un sistema α,β insaturado y un precipitado rojo es indicativo de una cetona o un aldehído aromático. La reacción de la acetona fue positiva al observarse un precipitado color amarillo, lo que es indicación de que este compuesto es un compuesto carbonílico saturado, si observamos su estructura, notamos que es preciso lo que nos dice el experimento ya que podemos ver el grupo carbonilo reflejado, evidenciando que es una cetona.
. Figura 7 La reacción con la butanona dio negativa al no notar ningún precipitado, ya que la prueba con 2,4-dinitrofenilhidracina es utilizada para
para detectar los grupos carbonilo de cetonas y
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Página 8 aldehídos. La butanona a pesar de ser de la familia de las cetonas, no es una cetona ya que en su estructura no se refleja la forma RCOR' característica de estas. .
Figura 8 La prueba de caracterización con benzaldehído debió haber dado positiva, ya que la teoría nos dice que se tiene que formar un precipitado color rojo, evidenciando el grupo carbonilo que contiene la molécula, en este caso en su estructura se observa un anillo de benceno con un sustituyente de aldehído, esto referencia a un aldehído aromático. Se tuvo un error procedimental al momento de hacer la prueba y por eso dio negativa al no observarse ningún precipitado.
Figura 9 La prueba con acetofenona dio positiva al observar el precipitado color rojo de ella evidenciando el grupo carbonilo en ella y también el hecho de que es una cetona aromática (es la cetona aromática más simple), al observar su estructura podemos evidenciarlo al notar el anillo de benceno y el sustituyente de cetona. .
Figura 10 La glucosa es un carbohidrato monosacárido, la prueba dio negativa, a pesar de que este compuesto de un aldehído, necesita un medio acido para que su reacción sea positiva, se vio negativa al notar que no hubo precipitado alguno. La prueba del formaldehido dio positiva al notar un precipitado amarillo, esto nos evidencia el grupo carbonilo presente en la molécula, observando su estructura notamos que es una molécula alifática y que tiene la formula típica de los aldehídos RCHO. .
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Figura 11 Reacción del yodoformo: La prueba con yodoformo se utilizó para identificar la presencia de un grupo metilo el cual está presente sólo en las cetonas. Los hidrógenos que posee el grupo metilo son reemplazados por yodos y con ello la formación de un precipitado amarillo. Reacción con acetona: H2O + I2 + NaOH
CHI3
+ CH3COONa
Reacción con 2-butanona H2O + I2 + NaOH
CHI3
+ C(OONa)CH2CH3
En el tratamiento con sodio mezcla de NaOH y yodo, los compuestos orgánicos que contienen estos grupos funcionales específicos se convierten en la sal soluble de un ácido carboxílico (que presenta un átomo de carbono menos), y se observa un precipitado amarillo de yodoformo, CHI3 Por ejemplo la Acetofenona tiene tres hidrógenos es posición alfa que se reemplazan fácilmente en medio básico por yodo, con la suficiente cantidad de halógeno. El grupo triyodometil es muy electronegativo y aumenta la electronegatividad del carbonilo. La reacción continúa por culpa de ese hecho y se adiciona una molécula de hidróxido. La pérdida del grupo triyodometil da lugar a la precipitación de triyodometano o yodoformo como un sólido amarillo. 4. CONCLUSIONES La reacción con 2,4-dinitrofenilhidracina es un buen método para identificar la presencia del grupo carbonilo en nuestras muestras problema, arrojó un buen resultado en la
identificación de aldehídos y cetonas. La reacción de Tollens es un método de identificación y diferenciación entre aldehídos y cetonas dado que sólo los primeros pueden oxidarse gracias a que poseen un hidrógeno
que está unido al carbono con doble enlace al oxígeno. A medida que aumenta la cantidad de carbonos en las cetonas y aldehídos se pierde el carácter polar y con ello la solubilidad.
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Página 10 La reacción de yodoformo se hace posible sólo en cetonas ya que poseen la posibilidad de tener un grupo carbonilo en posición beta.
5. PREGUNTAS COMPLEMENTARIAS 5.1 Cómo se clasifican los carbohidratos de acuerdo al tipo de grupo carbonilo que tengan presente? Plantee ejemplos de cada clase, con su respectiva importancia y fuente. Se clasifican en dos grandes grupos, aldosas cuando su grupo carbonilo se encuentra en el extremo de la cadena carbonada, el compuesto es un aldehído y cetosas si su grupo carbonilo se encuentra en cualquier otro lugar de la cadena y esta sería una cetona. Un ejemplo de una aldosa es la glucosa, se encuentra presente en el torrente sanguíneo ya que alimenta las células, algunas de sus fuentes son la miel y lagunas frutas. La sacarosa es un ejemplo de cetosas, se encuentra presente en la caña de azúcar y en la remolacha. Estos glúcidos poseen una importancia en la parte energética debido a que es la principal fuente de energía de los seres vivos. 5.2 ¿en qué consiste el ensayo de Fehling? Al igual que la de Tollens es una reacción de oxidación, el método implica la oxidación del carbono que contiene el carbonilo (C=O) y como los aldehídos poseen hidrógenos en el carbono mencionado se facilita la oxidación, evidenciándose en la formación de un espejo de plata. Se prepara en el momento de su utilización mezclando Fehling A (solución cúprico) con Fehling B (solución alcalina de tartrato sódico-potásico) en partes iguales. Se forma un complejo con el ión cúprico que es reducido por los mismos compuestos que reducían al reactivo de Tollens. Si la reacción es positiva se forma un precipitado rojo de Cu 20. 5.3 ¿consulte las estructuras del Anisaldehido, cinemaldehido, cuminaldehido, vanillina.¿ Para que se utilizan? ¿De que fuente natural se obtienen? Anisaldehido: Como fuente natural se encuentra en el anís, proporciona un olor agradable por lo que se utiliza como insumo en la industria de perfumes y como saborizante.
Figura 12
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Página 11 Cinamaldehído: se obtiene como fuente natural de la canela, tiene aplicaciones como saborizante y aromatizante ya que posee un olor agradable. Figura 13
Cuminaldehído: está presente en el eucalipto, se utiliza para perfumes, ambientadores, cosméticos, entre otros. Figura 14
Vanillina: se utiliza como saborizante de alimentos, se obtiene de la planta de vainilla. Figura 15
5.4 Como se pueden utilizar los derivados de aldehídos y cetonas (Hidrazonas, oximas, semicarbazonas) para identificar el respectivo compuesto carbonílico? Los aldehídos y cetonas también pueden reaccionar con otros derivados del amoníaco donde G no es un grupo alquilo (R) o arilo (Ar). En la Tabla 6.2 se dá la reacción general con cada uno de estos derivados, la clase de producto que se forma y ejemplos de cada una. Todas ellas ocurren bajo catálisis ácida y siguen el mismo patrón mecanístico general presentado arriba. Los productos formados son sólidos muy estables con puntos de fusión característicos, por lo que se utilizan con frecuencia para identificación de ciertos aldehídos y cetonas.
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Página 13 5.5 ¿Explique detalladamente por que la fructosa da positiva la prueba de Tollens? La fructuosa posee una formula estructural similar a la sacarosa por lo cual se considera un aldehído. Sufre una oxidación similar a la que pasa en esta. 1. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS
ARGOTI Juan Carlos. Mis clases de quimik. http://misclasesdequimik.blogspot.com/
visita: 17/09/14 http://www2.udec.cl/quimles/general/aldehidos_y_cetonas.htm visita 01/11/14 http://132.248.103.112/organica/teoria1411/mcmurry19.pdf visita 01/11/14 http://es.scribd.com/doc/15573176/9-Identificacion-de-Aldehidos-y-Cetonas
visita
05/11/14 https://deymerg.files.wordpress.com/2011/03/lab-aldehidos-y-cetonas-udea.pdf
visita
05/11/14 http://es.slideshare.net/vegabner/laboratorio-07 visita 05/11/14 http://www.academia.edu/8068485/Algunas_Propiedades_de_los_Aldeh
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