Práctica 3 Propiedades Químicas de Aldehidos y Cetonas

Práctica 3. Estudio de propiedades físicas y química de aldehídos y cetonas. BIBLIOGRAFÍA: 

Wade, Capítulo 18, pág. 774 a 819

OBJETIVOS: 1. 2. 3. 4.

Comprobar la solubilidad de aldehídos y cetonas en agua y etanol. Realizar la reacción de formación de imina. Realizar la reacción de oxidación con el reactivo de Benedict. Realizar la reacción de formación de yodoformo (haloformo).

COMPUESTOS CARBONÍLICOS Y ESTRUCURA DEL GRUPO CARBONILO Los compuestos carbonílicos más simples son las cetonas y los aldehídos. Las cetonas tienen dos grupos alquilo (o arilo) enlazados al átomo de carbono carbonílico. Los aldehídos tienen un grupo alquilo (o arilo) y un átomo de hidrógeno enlazado al átomo de carbono carbonílico.

Las cetonas y los aldehídos son similares en estructura y tienen propiedades parecidas; sin embargo tienen algunas diferencias en su l'eactividad, especialmente con los oxidantes y con los nucleófilos. En la mayoría de los casos, los aldehídos son más reactivos que las cetonas.

(Fuente: Wade, pág. 774) El átomo de carbono del grupo carbonílico tiene hibridación sp2 y está enlazado a otros tres átomos mediante enlaces sigma coplanares separados 120° unos de otros. El orbital sin hibridar p se solapa con un orbital p del oxígeno para formar un enlace pi. El doble enlace entre el carbono y el oxígeno es similar al doble enlace C=C en un alqueno, excepto en que el doble enlace carbonilo es más corto, más fuerte y está polarizado.

(Fuente: Wade, pág. 775) El doble enlace del grupo carbonilo tiene mayor momento dipolar debido a que el oxígeno es más electronegativo que el carbono y los electrones enlazantes no están igualmente compartidos. Los electrones pi son más retenidos por el oxígeno que por el carbono, dando lugar a cetonas y aldehídos con mayores momentos dipolares que la mayoría de los haluros de alquilo y éteres. Se pueden utilizar formas de resonancia para simbolizar esta distribución desigual de los electrones pi.

(Fuente: Wade, pág. 775) La primera forma de resonancia es más importante, ya que tiene más enlaces y menos separación de cargas. La contribución de la segunda estructura es evidente, debido a los grandes momentos dipolares de las cetonas y aldehídos, tal como se muestra a continuación.

Esta polarización del grupo carbonilo contribuye a la reactividad de las cetonas y aldehídos: el átomo de carbono polarizado positivamente actúa como un electrófilo (ácido de Lewis) y el átomo de oxígeno, polarizado negativamente, actúa como un nucleófilo (base de Lewis).

PROPIEDADES FÍSICAS DE CETONAS Y ALDEHÍDOS La polarización del grupo carbonilo genera atracciones dipolo-dipolo entre las moléculas de las cetonas y de los aldehídos, lo que hace que los puntos de ebullición sean más altos que los de los hidrocarburos y éteres de masas moleculares similares. Las cetonas y los aldehídos no tienen enlaces O-H o N - H, por lo que sus moléculas no forman enlaces de hidrógeno entre ellas y, por lo tanto, sus puntos de ebullición son más bajos que los de los alcoholes de masas moleculares similares. Los siguientes compuestos, de masas moleculares 58 o 60, se han dispuesto por orden creciente de sus puntos de ebullición.

La cetona y el aldehído son más polares, y tienen puntos de ebullición más altos que el éter y el alcano, pero puntos de ebullición más bajos que los de los alcoholes, los cuales forman enlaces de hidrógeno. En la Tabla 18.3 (pág. 778 del Wade) se indica el punto de fusión, punto de ebullición, densidad y solubilidad en agua de algunas cetonas y aldehídos representativos. A pesar de que las cetonas y los aldehídos no se unen mediante enlaces de hidrógeno entre sí, tienen pares de electrones solitarios, por lo que pueden actuar como aceptores de enlaces de hidrógeno con otros compuestos que posean enlaces O-H o N-H. Por ejemplo, el hidrógeno del grupo -OH del agua o de un alcohol puede formar un enlace de hidrógeno con los electrones no compartidos del átomo de oxígeno del grupo carbonilo. En la siguiente figura se representa la formación de puentes de hidrógeno.

Debido a los enlaces de hidrógeno, las cetonas y los aldehídos son buenos disolventes de las sustancias hidroxílicas polares como los alcoholes. También son bastante solubles en agua. Estas propiedades de solubilidad son similares a las de los éteres y alcoholes, en los que también está implicado el enlace de hidrógeno con el agua.

PROPIEDADES QUÍMICAS DE CETONAS Y ALDEHÍDOS (REACCIONES) Las cetonas y los aldehídos experimentan una amplia variedad de reacciones para dar lugar a una amplia gama de derivados útiles. La reacción más frecuente es la adición nucleofílica, adición de un nucleófilo y de un protón al doble enlace C=O. La reactividad del grupo carbonilo aumenta con la electronegatividad del átomo de oxígeno y la consiguiente polarización del doble enlace carbono-oxígeno. El átomo de carbono carbonílico tiene una hibridación plana sp2, haciendo que el grupo esté poco impedido y pueda ser atacado desde cualquier parte del doble enlace. Cuando un nucleófilo ataca al grupo carbonilo, el átomo de carbono pasa de tener hibridación sp2 a sp3. Los electrones del enlace pi son desplazados hacia el átomo de oxígeno, formándose un anión alcóxido, que se protona para dar lugar al producto de adición nucleofílica. Ver ejemplos de adición catalizada por un ácido y por una base en la pág. 798 del Wade.

En la mayoría de los casos, los aldehídos son más reactivos que las cetonas respecto a la adición nucleofílica. Los aldehídos generalmente reaccionan más deprisa que las cetonas y la posición del equilibrio suele estar más desplazada hacia los productos que en el caso de las cetonas. La reactividad de los aldehídos es superior ya que sólo tienen un grupo alquilo donador de electrones, lo que hace que el grupo carbonilo de los aldehídos sea ligeramente más pobre en electrones y, por tanto, más electrofílico (efecto electrónico). Un aldehído sólo tiene un grupo alquilo voluminoso (comparado con dos en el caso de una cetona), haciendo que el grupo carbonilo esté más expuesto a un ataque nucleofílico. Si el nucleófilo es voluminoso, el ataque al aldehído está menos impedido que el ataque a la cetona (efecto estérico).

Reacciones típicas de aldehídos y cetonas: 1. Reacción de adición (Wade, pág. 800 a 807) o

Reacción de Wittig

o

Hidratación de aldehídos y cetonas en medio ácido y en medio básico

o

Formación de cianohidrinas

o

Formación de acetales

5. Reacciones de condesación de aminas con cetonas y aldehídos o

Formación de iminas (Wade, epígrafe 18.16, pág. 807) (http://quimicaorganica.webcindario.com/iminas.htm) o Condensaciones con hidroxilamina e hidrazinas (Wade, epígrafe 18.17, pág. 810 a 811)

6. Oxidación de aldehídos (Wade, epígrafe 18.20, pág. 818) o

Ensayo de Tollens

o

Ensayo con permanganato

o

Ensayo con el reactivo de Benedict

7. Reducciones de cetonas y aldehídos (Wade, epígrafe 18.21, pág. 819) o

Hidrogenación catalítica

o

Desoxigenación

PROCEDIMIENTO 1. COMPROBAR SOLUBILIDAD DE ALDEHÍDOS Y CETONAS EN AGUA Y ETANOL. 1. En cuatro tubos de ensayo añadir 2 ml de propanona, 2 ml de ciclohexanona, 2 ml de metanal y 2 ml de benzaldehído, respectivamente. 2. A cada tubo de ensayo añadir 2 ml de agua destilada. 3. Agitar, observar y anotar resultados. 4. Repetir paso 1 y 2 pero adicionando 2ml de etanol. 5. Agitar, observar y anotar resultados. RESULTADOS: (insoluble, poco soluble, soluble) Ensayo solubilidad en agua en etanol

Propanona

Ciclohexanona

Metanal

Benzaldehído

PROCEDIMIENTO 2. REACCIÓN DE FORMACIÓN DE IMINAS 1. Adicionar a un tubo de ensayo 1 ml de metanal. 2. Añadir 4 gotas de anilina y agitar. 3. Adicionar 1 gota del HCl concentrado y agitar hasta la aparición de una coloración rojo cereza con formación de un precipitado. Esto indica la formación de la imina. RESULTADOS A ESPERAR:

PROCEDIMIENTO 3. REACCIÓN DE OXIDACIÓN CON EL REACTIVO DE BENEDICT 1. En un tubo de ensayo adicionar 4 ml del reactivo de Benedict y añadir 2 ml de metanal. Agite. 2. Calentar en baño de agua a ebullición (por 10 min.) hasta aparición de un precipitado entre naranja y rojo de óxico cuproso (Cu2O), lo que indica la culminación de la reacción. Nota: cuando caliente tenga cuidado no ebulla la mezcla de reacción. RESULTADOS A ESPERAR

PROCEDIMIENTO 4. REACCIÓN DE FORMACIÓN DE YODOFORMO 1. En un tubo de ensayo adicionar 0,5 ml de propanona y 2 ml de agua. Agite. 2. Añadir 1 ml de solución de NaOH al 10% v/v. Agite. 3. Adicione gota a gota solución de yodo – yodurado hasta que aparezca el color pardo oscuro que recuerda al yodo. 4. Dejar reposar hasta que desaparezca el color pardo inteso. 5. Repetir pasos 3 y 4 hasta que el color pardo intenso permanezca por más tiempo. 6. Dejar reposar hasta la aparición de un precipitado amarillo, lo que indica que la reacción de formación del yodoformo a culminado.

RESULTADOS A ESPERAR

INFORME A ENTREGAR:

EL INFORME A ENTREGAR CONTENPLARÁ LOS SIGIENTES PUNTOS A DESARROLLAR:    

PRESENTACIÓN INTRODUCCIÓN OBJETIVOS MARCO TEÓRICO DE DOS HOJAS QUE CONTEMPLE LAS PRINCIPALES PROPIEDADES FÍSICAS Y QUÍMICAS DE ALDEHÍDOS Y CETONAS, ESPECIALMENTE AQUELLAS QUE SERÁN COMPROBADAS EN LA PRÁCTICA.

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REACTIVOS, MATERIALES Y PROCEDIMIENTOS EMPLEADOS EN CADA ENSAYO. FRASES DE RIESGO Y SEGURIDAD DE LOS REACTIVOS EMPLEADOS, ASÍ COMO LA FÓRMULA Y NOMBRE DE LOS MISMOS.

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PRESENTACIÓN DE LOS RESULTADOS DE CADA ENSAYO REALIZADO EN LA PRÁCTICA MEDIANTE TABLAS Y FIGURAS.

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SEGÚN LOS RESULTADOS OBTENIDOS Y LO ESTUDIANDO EN LA BIBLIOGRAFÍA INDICADA RESPONDA Y DESARROLLE LOS SIGUINETES ASPECTOS COMO PARTE DEL EPÍGRAFE DE RESULTADOS:

a. DESCRIBA LAS SEMEJANSAS Y DIFERENCIAS EN CUANTO A SOLUBILIDAD EN AGUA Y ETANOL DE LOS DIFERENTES COMPUESTOS ORGÁNICOS ESTUDIANDOS, Y EXPLIQUE EL PORQUE DE ESAS SEMEJANSAS Y DIFERENCIAS. RECUERDE QUE LA SOLUBILIDAD ES UNA PROPIEDAD FÍSICA QUE DEPENDE DE LOS TIPOS DE INTERACCIONES ENTRE LAS MOLÉCULAS, LA COMPOSICIÓN EN CUANTO A TIPOS DE ÁTOMOS, EL TAMAÑO Y PESO MOLECULAR, SI ES UNA ESTRUCTURA CÍCLICA, AROMÁTICA Y/O ALIFÁTICA. b. TENIENDO EN CUENTA LOS RESULTADOS DEL PROCEDIMIENTO 2, PLANTEE LA REACCIÓN QUE HA OCURRIDO EN ESTE ENSAYO Y NOMBRE LOS REACCIONATES Y PRODUCTOS. DIGA A TRAVÉZ DE QUE MECANISMO DE REACCIÓN OCURRE LA FORMACIÓN DE LA IMINA Y EXPLIQUE DICHO MECANISMO PARA ESTE ENSAYO.

c. TENIENDO EN CUENTA LOS RESULTADOS DEL PROCEDIMIENTO 3, PLANTEE LA REACCIÓN QUE HA OCURRIDO EN ESTE ENSAYO Y NOMBRE LOS REACCIONATES Y PRODUCTOS. DIGA MEDIANTE QUE MECANISMO DE REACCIÓN OCURRE LA OXIDACIÓN DEL ALDEHIDO Y EXPLIQUE DICHO MECANISMO INDICADO QUIEN ES EL AGENTE OXIDANTE Y EL AGENTE REDUCTOR.

d. TENIENDO EN CUENTA LOS RESULTADOS DEL PROCEDIMIENTO 4, PLANTEE LA REACCIÓN QUE HA OCURRIDO EN ESTE ENSAYO Y NOMBRE LOS REACCIONATES Y PRODUCTOS. DIGA MEDIANTE QUE MECANISMO DE REACCIÓN OCURRE LA FORMACIÓN DEL HALOFORMO Y EXPLIQUE DICHO MECANISMO.

NOTA:

EL LITERAL D) ES OPCIONAL. AQUEL EQUIPO QUE RESPONDA ESTE LITERAL CADA INTEGRANTE DEL

EQUIPO ACUMULARÁ 1 PUNTO PARA EL EXAMEN DEL PARCIAL.