CARACTERIZACIÓN SISTEMÁTICA DEL 2-METILBUTIRALDEHÍDO EN UNA MUESTRA DESCONOCIDA Laboratorio de Análisis Orgánico Gina Paola Badillo Narváez, Bryan David Vásquez Paz Departamento de Química. Universidad Del Valle, Yumbo.
[email protected] Abril 2 de 2013
Resumen: mediante el analisis organico clasico se determino la identidad de un compuesto liquido, la cual presento un punto de ebullicion experimental de (66 °C). Mediante pruebas para la determinación de grupos funcionales se
dedujo que el compuesto es un aldehído y a partir de la preparación del respectivo derivado, que presento un punto de fusión de (129 °C) de determino que el compuesto es el 2-metilbutiraldehido.
OBJETIVOS
Identificar el compuesto 2-metilbutiraldehído en una muestra desconocida empleando técnicas del análisis orgánico clásico. Deducir el compuesto 2-metilbutiraldehído relacionando los resultados de todas las pruebas del análisis.
DATOS Y RESULTADOS En primera instancia el examen preliminar arrojó los siguientes resultados reportados en la Tabla 1. Tabla 1. Examen preliminar de la muestra desconocida.
Característica Estado físico Color Olor Punto de ebullición
Descripción Líquido Amarillo pálido Pegante de tubo PVC ≈ 66 °C
La determinación del punto de ebullición de la muestra se realizó a partir de su destilación, sin embargo, en el transcurso de la purificación el destilado que se obtenía era incoloro y conservaba el mismo olor de la muestra impura. A la muestra también se le estudió la solubilidad, los resultados de la pruebas se informan en la tabla 2. Tabla 2. Pruebas de solubilidad de la muestra desconocida.
Sustancia disolvente H2O NaOH HCl CH3CH2OH
Resultado Insoluble Insoluble Insoluble Soluble
Con la prueba de fusión con sodio se definió la presencia de nitrógeno y halógenos en la muestra. Tabla 3. Tabla 3. Resultado de la fusión son sodio sobre la muestra desconocida.
Prueba para Nitrógeno Halógeno
Resultado Negativa Negativa
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Teniendo en cuenta la prueba de fusión con sodio entonces en el reconocimiento de grupos funcionales se descartó que el compuesto presentara aminas, amidas, nitro, nitrilos, y/o halógenos. Además, la prueba de la llama probó que la muestra se trataba de un compuesto alifático oxigenado, por el color azul de la flama, así que, no se realizaron las pruebas para compuestos aromáticos. En ese orden de ideas, en la Tabla 4. se registran las pruebas empleadas para determinar grupos funcionales presentes de oxígeno. Tabla 4. Resultado de las pruebas para la determinación de grupos funcionales sobre la muestra desconocida.
Prueba Yoduro-yodato 2,4-dinitrofenilhidrazina Hidroxilamina Sodio
Para Ácidos carboxílicos Aldehídos y cetonas Esteres Alcoholes
Resultado Negativa Positiva Negativa Negativa
Con base en la prueba de la 2,4-dinitrofenilhidrazina, entonces se realizaron las pruebas enunciadas en la Tabla 5. para diferenciar entre un aldehído y una cetona. Tabla 5. Resultado de las pruebas para diferenciar entre un aldehído y una cetona sobre la muestra desconocida.
Prueba Fehling Bisulfito de sodio Tollens
Para Aldehídos Aldehídos Aldehídos
Resultado Negativa Positiva Negativa
Como la prueba del bisulfito de sodio dio positiva, entonces, el compuesto de la muestra es un aldehído. El precipitado que se obtuvo de la prueba de la 2,4-dinitrofenilhidrazina es un derivado de este compuesto, así que se midió su punto de fusión. Tabla 6. Tabla 6. Punto de fusión del derivado 2,4-dinitrofenilhidrazona.
Derivado 2,4-dinitrofenilhidrazona
Punto de fusión °C 129,0
En conjunto, con las pruebas se determinó que el compuesto de la muestra correspondía al: 2metilbutiraldehído
DISCUSIÓN El análisis sistemático para la identificación de compuestos orgánicos comprende una serie de pasos que dan como resultado la caracterización de la composición de una muestra desconocida. Fue así como, se determinó que una muestra desconocida tratada en el laboratorio correspondía al compuesto de 2metilbutiraldehído. En el examen preliminar, la apariencia de la sustancia estuvo determinada por las características de la Tabla 1. En el proceso de purificación, al parecer, la muestra sufrió una descomposición debido a que el destilado perdió su color característico. Lo que implica que la determinación de su punto de ebullición se convirtió en una prueba irrelevante al momento de su identificación. En el estudio de la solubilidad del compuesto líquido, este fue completamente inmiscible en agua, así que se descartó que fuera un compuesto monofuncional con menos de cinco carbonos; el compuesto también fue inmiscible en NaOH y HCl por lo que no se identificó como un posible ácido o base respectivamente. Únicamente, el compuesto se homogenizó en una solución de etanol (97% p/v), esto se liaba al posible hecho de que el compuesto presentara un átomo de oxígeno, nitrógeno y/o flúor que pudieran enlazarse mediante puentes de hidrógeno con el etanol. Sin embargo, la hipótesis de la presencia algún halógeno o un átomo de nitrógeno en la molécula fueron eliminadas debido a que la prueba de fusión con sodio resultó negativa para este compuesto.
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En este orden de ideas, se aseguraba entonces, que el compuesto no podría tener partes nitrogenadas como aminas, amidas, nitrilos, grupos nitro o ramificaciones halogenadas. Solo se esperaba que el compuesto fuera oxigenado, lo que se comprobó con la prueba de la llama. Además, se descartó que el compuesto fuera aromático por la ausencia de hollín en la flama. En la identificación de grupos funcionales (Tabla 4.) solo resultó positivo para aldehído y cetonas, sin embargo, en la experimentación arrojó para alcoholes un falso positivo. La adición de sodio metálico a la muestra parecía desprender burbujas que podrían indicar hidrógeno molecular. La reacción de los alcoholes está dada por:
ROH
+
Na(s)
RO
H2
+
Se determinó que la molécula no se trataba de un alcohol ya que al adicionarle fenolftaleína, esta no respondió a la presencia de ninguna base, en este caso debía ser el alcóxido. Finalmente, se determinó como negativa a esta prueba. Ahora bien, con la prueba de la 2,4 – dinitrofenilhidrazina se obtuvo un precipitado amarillo. Tanto los aldehídos como las cetonas reaccionan con las iminas bajo la reacción de adición nucleofílica. La formación de este compuesto sigue el mecanismo de reacción (Fig. 1.) de la siguiente manera; el par de electrones libres del nitrógeno: NH2 mediante un ataque nucleofílico se enlaza al carbono del grupo carbonilo haciendo que el doble enlace del C=O pase a ser par libre en el átomo de oxígeno. Este átomo se carga negativamente y el nitrógeno positivamente para mantener la electroneutralidad en la molécula. Entonces, el mismo átomo de oxígeno ataca a un hidrógeno perteneciente al nitrógeno dejándole a este el par de electrones del enlace, produciendo los nuevos enlaces, O – H y N – H. Nuevamente se produce el mismo ataque para eliminar agua y formar un enlace π (N = C) que origina el sólido. O2N
O2N O
H N
O + HN 2
H2 N
NO2
H N NO2
O2N
O2N
HO
O H N
H N
NO2
H2 N
H N
NO2
-H2O O2N
N
H N
NO2 (s)
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Fig. 1. Mecanismo de reacción de la formación de la 2,4-dinitrofenilhidrazona del 2-metilbutiraldehído
Este precipitado representó el derivado del compuesto, su punto de fusión correspondió a 129,0 °C mientras que el valor reportado en la literatura de la 2,4-dinitrofenilhidrazona del 2-metilbutiraldehído es 120,0 °C.[1] Finalmente, para la caracterización del compuesto como aldehído o cetona se emplearon las pruebas de Tollens, Fehling y la de bisulfito de sodio. Como se muestra en la (Tabla 5) la prueba de Tollens y Fehling que se basan en la oxidación de los aldehídos dieron negativas ambas. El resultado de la primera se puede deber a que, la muestra no se purificó debido a que pudo sufrir descomposición, entonces, impurezas presentes pudieron interferir en la detección o formación del espejo de plata característico de la prueba de Tollens. Además, la velocidad de reacción es lenta y el precipitado poco perceptible. La segunda prueba se basa en la reacción (en solución alcalina) del complejo tartrato cúprico con el aldehído, el cual se precipita como oxido cuproso rojo, esta prueba es usada para detectar azúcares reductoras como la glucosa las cuales tienen un potencial de reducción necesario para pasar de en la reacción de Fehling. Si el aldehído no posee ese potencial no reducirá al reactivo de Fehling al igual que sucede con el reactivo de Tolles por lo cual se realizó una prueba que no involucrara reacciones redox como lo es la reacción con el bisulfito. La reacción con el bisulfito dio positiva. El ion bisulfito se añade al aldehído para formar un sólido llamado compuesto de adición de bisulfito. Fig. 2. La reacción se produce bajo el ataque nucleofílico del par de electrones libres del átomo central del ion bisulfito, azufre, sobre el carbono del grupo carbonilo, logrando que el par de electrones π del doble enlace C = O quede situado en el átomo más electronegativo, para soportar con una mayor estabilidad la carga negativa. En este orden de ideas, el azufre queda cargado positivo y el oxígeno negativamente. Este último átomo ataca al protón del enlace O – H, del ion bisulfito, dejándole su par de electrones libres que por efecto de resonancia y estabilidad forman un enlace π entre O = S, obteniéndose, el anión del compuesto de adición del bisulfito que cristaliza como sal de sodio. NaHSO3
Na
+
HSO3 O
S O
O O
+
O OH
S
O H
O Na
O O
O
O
S Na
+
O O
OH
S
OH Fig. 2. Mecanismo de reacción de 2-metilburiraldehído y bisulfito de sodio
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En resumen estas pruebas, acercaron sus resultados para la identificación del compuesto aunque no de una manera precisa. El compuesto 2-metilbutiraldehído es muy inflamable y se pudo comprobar con la prueba de la llama, este compuesto es incoloro y a la luz presenta una coloración amarilla[2] como la muestra se caracterizó. El 2-metilbutiraldehído se utiliza como producto intermedio para la fabricación de compuestos orgánicos especialmente para odorantes y aromatizantes.[3]
CONCLUSIONES Mediante la determinación sistemática de compuestos orgánicos, se caracterizo el compuesto desconocido (2-metilbutiraldehido). Por medio de la prueba de la llama se logra determinar que es alifático, presenta oxigeno y que es altamente inflamable, características que concuerdan con el compuesto caracterizado. Mediante la prueba de fusión con sonido se pueden descartar una amplia gama de compuestos como aminas, amidas, nitrilos, grupos nitro o ramificaciones halogenadas si la misma da negativa. En la determinación de grupos funcionales de aldehídos y cetonas utilizando la 2,4-dinitrofenilhidrazina es muy útil porque el precipitado que se obtiene además de indicar si hay o no el grupo funcional también se puede utilizar el precipitado como derivado solido. La caracterización de los aldehídos se basa en el poder reductor que ellos presentan ante reactivos como Tolles y Fehling. Para poder lograr diferenciar de manera sistemática si el compuesto es un aldehído o cetona se tienen que recurrir a varias pruebas para evitar falsas señales. Hay que tener en cuenta que existen compuestos que al llegar a su punto de ebullición y o fusión se descomponen, como pudo haber sucedió en la purificación de nuestra muestra la cual el destilado cambio de color.
BIBLIOGRAFÍA [1] AULT, Addison. Techniques and Experiments for Organic Chemistry. Sixth Edition. University Science Books. 1998. 636 p [2] http://www.chemspider.com/Chemical-Structure.7012.html [3] http://chemicalland21.com/specialtychem/finechem/2-METHYL%20BUTYRALDEHYDE.htm -1
2000-1667cm
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