PROPIEDADES FISICAS Y QUIMICAS DE ALDEHIDOS Y CETONAS

L aborato rator io de de Química Orgá Org ánica I I , (2017)

PROPIEDADES FISICAS Y QUIMICAS DE ALDEHIDOS Y CETONAS  José Heriberto Vargas espinosa  Biología, Universidad del Quindío

RESUMEN En la práctica de laboratorio, se observaron distintas reacciones, las cuales fueron realizadas mediante procesos específicos de estos compuestos. El compuestos. El grupo carbonilo es el que determina, en gran medida, la química de los aldehídos y las cetonas. En el laboratorio de Química Orgánica se llevaron a cabo varios procedimientos en los que se involucra el grupo carbonilo de aldehídos y cetonas, entre los procesos realizados se encuentran: Reacción con bisulfito de sodio, ensayo de la 2,4 -dinitrofen -dinitrofenilhidrazina, ilhidrazina, reacción con el reactivo de tollens,reacción con el reactivo de fehling y solubilidad en agua. El objetivo de la práctica fue de entender la reactividad e importancia de los aldehídos y cetonas en síntesis orgánica. En la práctica se usaron reactivos tales como Benzaldehído, aldehído, metilcetona, 2,4DNFH, entre otros. Mediante reacciones, se pudo conocer la forma y la composición en la que estos compuestos actúan frente a distintas reacciones. Como resultado se tuvieron cambios en coloración y estados físicos, y en la formación de otros compuestos tales como la plata (Ag). Los aldehídos y cetonas se encuentran entre los compuestos con este grupo funcional, que está muy distribuido tanto   en productos naturales, como proteínas, glúcidos u hormonas; como en productos de síntesis y en algunos fármacos.

INTRODUCCION:

En las plantas y en los animales se encuentra una amplia variedad de aldehídos y cetonas. Existen en la naturaleza, contribuyendo al aroma y al sabor de muchos alimentos y ayudando en la función  biológica de muchas enzimas por ejemplo en la  biosíntesis de azúcares y de aminoácidos. Las hormonas esteroidales como la testosterona, la  progesterona y la cortisona, tienen en su estructura grupos carbonilo; Los aldehídos y las cetonas son dos clases de compuestos orgánicos, caracterizados  por una unidad reactiva que consiste de un carbono unido con un doble enlace a un oxígeno, esta unidad reactiva se conoce con el nombre de grupo carbonilo. El oxígeno más electronegativo que el carbono, presenta una mayor densidad electrónica π,

en el extremo oxigenado del grupo, generando un dipolo de enlace. Existen variados procesos por los cuales pueden efectuarse reacciones en estos compuestos: “La reducción de compuestos carbonilos (aldehídos y cetonas) es una de las metodologías más utilizada para la obtención de alcoholes. La reducción de aldehídos y cetonas

 puede realizarse con diversos reactivos siendo los más habituales NaBH, LiAIH y la hidrogenación catalítica. Un uso más limitado tiene la reducción con metales en disolventes próticos. Debemos recordar que, en general, utilizando NaBH es  posible que la reducción reduc ción quimioselectiva de cetonas y aldehídos en presencia de derivados ácidos carboxílicos” (García, et al. 2005). Los ensayos típicos empleados en la identificación de aldehídos que resultan negativos con las cetonas están basados en la capacidad de aquellos para oxidarse a ácidos carboxílicos empleando oxidantes suaves “Uno de

los más conocidos es el ensayo de Tollens. La especie química que es reducida por el aldehído es el ion ion Ag+ que se halla en forma de complejo amoniacal Ag(NH3) 2+. El aldehído se oxida a ácido carboxílico y el catión Ag+ Ag+ a plata metálica, que se deposita formando un espejo de plata o un  precipitado negro. Dado que la concentración de aldehídos no suele ser demasiado elevada, el resultado puede ser un oscurecimiento de la disolución y la formación progresiva de un  precipitado oscuro, sin llegarse a observar el típico 1

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espejo de plata de este ensayo” (Molina, et al. 2012). “Algunas de las cetonas deben derivar de

ácidos grasos insaturados, como en la 1-penten- 3ona la cual deriva del ácido linolénico” (Belitz y

Grosch, 1988). Los contenidos en cetonas se incrementan con todos los tratamientos térmicos excepto en la cocción a presión. Por otra parte, “La mayor ruta de formación de los aldehídos de cadena ramificada parece ser la desaminacióndecarboxilación oxidativa, vía degradación de Strecker ” (García y col., 1991). “El aldehído 3-metil  butanal, sólo detectado en las judías verdes cocinadas, se deriva del aminoácido leucina” (Belitz y Grosch, 1988). “Estas reacciones suceden durante los procesos de secado y cocinado” (Whitfield, 1992). Los aldehídos son sustancias de formula general RCHO; las cetonas son compuestos de formula general RRCO. Los grupos R Y R pueden ser alifáticos o aromáticos. Los aldehídos y las cetonas contienen un grupo carbonilo, C=O, y por ello, a menudo, se denominan compuestos carbonilos. El grupo carbonilo es el que determina, en gran medida, la química de los aldehídos y las cetonas. Con respecto a sus propiedades los aldehídos y las cetonas son semejantes entre sí. Sin embargo, el grupo carbonilo de los aldehídos contiene, además, de un hidrogeno, mientras que las cetonas tienen dos grupos orgánicos. Esta diferencia estructural afecta sus propiedades de dos maneras: (a) los aldehídos se oxidan con facilidad; las cetonas sólo lo hacen con dificultad; (b) los aldehídos suelen ser más reactivos que las cetonas en adiciones nucleofilicas, reacciones características estas últimas de los compuestos carbonilos. [1] El grupo carbonilo polarizado convierte a aldehídos y cetonas en sustancias polares, por lo que tienen  puntos de ebullición más elevados que los compuestos no polares de peso molecular comparable.

Los aldehídos y cetonas se encuentran entre los compuestos de mayor importancia, tanto en  bioquímica como en la industria química. [2] La reacción de adición nucleofílica es la reacción más importante de los aldehídos y las cetonas, siendo posible elaborar una gran cantidad de  productos por adición nucleofílica. Las reacciones son aplicables a cetonas y aldehídos, pero en general estos últimos son más reactivos por razones tanto estéricas como electrónicas. Entre los objetivos de la práctica se encuentran: Entender la reactividad e importancia de los aldehídos y cetonas en síntesis orgánica. -Realizar y comprender algunas reacciones que involucran el grupo carbonilo de aldehídos y cetonas. RESULTADOS 8.6.1 Solubilidad en Agua

Tanto para las cetonas como para los aldehídos tomados en el laboratorio se tuvieron los resultados de que ambas muestras son insolubles en agua, tras agitarlas y esperar cierto tiempo las muestras  permanecieron iguales.

8.6.2 Reacción con bisulfito de sodio: Tras hacer la prueba el aldehído se tornó de un color amarillo oscuro y la cetona se tornó un color naranja oscuro que al pasar 3 minutos se solidificó. Esto mostrando la prueba positiva para los aldehídos.

a. Observaciones El Bisulfito de Sodio y la cetona eran incoloros. Al adicionar la cetona al bisulfito de sodio se formó una sola fase incolora,  para obtener el precipitado requerido se enfrió la mezcla en  en  baño de hielo durante 10 minutos aproximadamente se observó la formación de un sólido blanco, después al filtrar y secar se obtuvieron los siguientes datos: 2

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b. Datos Tabla 1. Datos reacción con bisulfito de sodio Reactivos Cantidad Cetona 0,5 mL Aldehidos 0,5 mL Sln saturada 2.5 mL  NaHSO3

Solución de 2,4dinitrofenilhidracina

1.0 mL

Aldehído

0.5 mL

Cetona

0,5mL

c. Ecuación de la reacción: Ec. 2:

c. Ecuación de la Reacción Obtenida: (Ec. 1):

RCH=O

+

C6H3

(NO2)2 NHNH2

→

C6H3(NO2)2 NHNCHR + H2O

8.6.4 Reacción con el reactivo de Tollens 8.6.3 Formación de fenilhidrazonas: Tanto la cetona como el aldehído quedaron separadas, formando dos fases, la primera en la  parte superior de coloración blanca y abajo en el fondo incoloro (transparente)

a. Observaciones 2,4-dinitrofenilhidracina + Aldehído: La solución de 2,4-dinitrofenilhidracina es una sustancia color amarillo oscuro con pequeños  pedazos de color negro o café caf é oscuro. Al adicionarle Aldehído, este quedó suspendida en la parte superior de la mezcla, al agitarla fuertemente se homogeniza, formado una sustancia de color amarillo oscuro, casi color naranja Después de pasar la el tubo de ensayo que contenía la mezcla por el  baño de hielo se formaron dos fases una amarillo oscura y otra con un amarillo un poco más claro.

b. Datos Tabla 2. Datos formación de fenilhidracinas Reactivo

Cantidad

En la muestra de aldehído se aprecia un poco de espejo de plata después de someterse al baño maría. Con la cetona también se pudo apreciar el espejo de  plata después de someterse al baño maría, con la fructosa y glucosa se observó espejo de plata sin necesidad de someterse al baño maría.

8.6.5 Reacción con el reactivo de Fehling El aldehído conservó el color incluso después de someterlo al calor, la acetona conservó el color azul y después de someterla al calor se tornó en un azul más claro. La fructosa formó un azul oscuro y después de someterla al calor tornó a verde granada. La glucosa se tornó en un azul muy oscuro y después de someter la muestra al calor se tornó en verde con algunas tonalidades moradas. DISCUSIÓN Los aldehídos y las cetonas pueden formar enlaces de hidrógeno (También llamados puentes de hidrógeno) con las moléculas polares del agua. Los primeros miembros de la serie (formaldehído, acetaldehído y acetona) son solubles en agua en todas las proporciones. A medida que aumenta la longitud de la cadena del hidrocarburo, la 3

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solubilidad en agua decrece. Cuando la cadena

Se trata de una adición sobre el grupo carbonilo. La

carbonada es superior a cinco o seis carbonos, la

mayoría de los aldehídos, metil alquil cetonas y

solubilidad de los aldehídos y de las cetonas es muy

cetonas

 baja. Como era de suponer, todos los aldehídos y cetonas cetonas

 NaHSO3 en

son solubles en solventes no polares.

Primero que todo adicionamos bisulfito de sodio con igual volumen de la cetona, al agitar y enfriar se vuelve una reacción de adición para formar un  precipitado, en el inicio mezcla es incolora y al enfriar esta forma un precipitado que tiene tiene un color  blanco el cual sería un producto a partir de la adición de acetona y bisulfito de sodio.

Figura 1. Reaccion con bisulfito de sodio. [2]

cíclicas

reaccionan

solución

fácilmente

saturada,

para

con formar

compuestos de adición (aldehído –  bisulfito o cetona bisulfito). En esta reacción lo que hace el ion bisulfito es  protonar el átomo de oxigeno del grupo carbonilo, y convierte la cetona en su acido conjugado; de esta forma la electronegatividad del carbono se incrementa, y este es atacado nucleofilicamente por el anión sulfito.La reacción es completamente reversible, ya a que el anión hidrogeno sulfito y el compuesto carbonilo se encuentran presentes en cualquier parte de la reacción.

Imagen 1. Filtrado reacción con bisulfito de sodio.

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Después se procedió a hacer la formación de Fenilhidrazonas, esta se realizó primero con aldehído y después con cetona, al agitar y enfriar las mezclas se observó una pequeña solidificación de color amarillo casi naranja. Según la literatura, se sabe que es una reacción de adición-eliminación ya que el 2,4-DNFH es un nucleófilo que tiene la posibilidad de atacar el grupo carbonilo de aldehídos y Cetonas, este produce una reacción de Adición-Eliminación. [4]

Imagen2.Filtrado 2,4DNFH con aldehído.

Figura 2.  Reacción formación de Fenilhidrazona.

Reactivo

[5]

reconocimiento de los aldehídos. Está sustituido por una

de

tollens,

Reactivo

utilizado

en

el

mezcla de nitrato de plata y disolución amoniacal que, al reaccionar R-CH=O de los aldehídos, reduce el catión Ag+ y se forma un espejo de plata. Los aldehídos aromáticos reaccionan con el reactivo de tollens pero no lo hacen con el reactivo de fehling y benedict. Las acetonas no reaccionan, excepto las hidrocetonas.

Se trata de un ensayo analítico específico de

El reactivo de Fehling, es una solución descubierta por el

aldehídos y cetonas. Los carbonilos reaccionan con

químico alemán Hermann von Fehling en 18491 y que sí

2,4-Dinitrofenilhidrazina formando fenilhidrazonas

utiliza como reactivo para la determinación de azúcares

que precipitan de color amarillo. La aparición de

reductores.

 precipitado es un indicador de la presencia de

El licor de Fehling consiste en dos soluciones acuosas:

carbonilos en el medio. Sulfato cúprico cristalizado, 35 g; agua destilada, hasta 1000 ml. Sal de Seignette (tartrato mixto de potasio y sodio), 173 g; solución de hidróxido de sodio al 40%, 3 g; agua, hasta 500 ml.

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Ambas se guardan separadas hasta el momento de su uso  para evitar la precipitación del hidróxido de cobre (II). (II). El ensayo con el licor de Fehling se fundamenta en el  poder reductor del grupo carbonilo de un aldehído. Este se oxida a un ácido carboxílico y reduce la sal de cobre (II) en medio alcalino a un óxido de cobre (I), que forma un precipitado de color rojo. Un aspecto importante de esta reacción es que la forma aldehído puede desaparecer fácilmente aunque exista en muy pequeña cantidad. Si un azúcar reduce el licor de Fehling a óxido de cobre (I) rojo, se dice que es un azúcar reductor. Esta reacción se produce en medio alcalino fuerte, por lo que algunos compuestos no reductores pueden enolizarse dando lugar a un falso f also positivo

CAZORLA, J. I. O. TRABAJO DE FIN DE GRADO: ALDEHIDOS Y CETONAS: REVISIÓN DE SU SÍNTESIS Y REACTIVIDAD. García, P. C., Cruz, S. V., & Mirón, C. E. (2005). Fundamentos de síntesis de fármacos (Vol. 294). Edicions Universitat Barcelona.

Molina, J. A. L., Sancho, M. V., & Rellán, D. G. (2012). COMPOSICIÓN QUÍMICA Y ACTIVIDAD BIOLÓGICA DE LOS ACEITES ESENCIALES: ALGUNOS EXPERIMENTOS PARA LA INTRODUCCIÓN A LA QUÍMICA ORGÁNICA. ENSEÑANZA Y DIVULGACIÓN, 283. GARCIA, C. D. L. C. EFECTOS DE VARIOS TRATAMIENTOS CULINARIOS SOBRE LA COMPOSICION DE LA JUDIA VERDE. ANEXOS (fig.1) 2,4-DINITROFENILHIDRAZINA

CONCLUSIONES: - Los aldehídos y cetonas son producidos por la oxidación de alcoholes primarios y secundarios. Los aldehídos son más reactivos que las cetonas y son  buenos agentes reductores. Un aldehído puede oxidarse, por el contrario las cetonas son más difíciles para realizar una oxidación. - Una reacción que nos permite separar un aldehído o una cetona de una mezcla de compuestos orgánicos es haciéndola reaccionar con bisulfito de sodio, por este medio se obtienen compuestos de adición bisulfitica que son sólidos cristalinos. -Se comprobó que la 2,4-dinitrofenilhidracina es útil  para detectar los grupos carbonilo de cetonas y aldehídos. Porque cuando reacciona con estos grupos el resultado es un precipitado entre amarillo y rojo, que es el la dinitrofenilhidracina.

BIBLIOGRAFIA: 6

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(fig.2) Solubilidad en agua (fig.4) Reaccion de adicción bisulfitica

(fig.3) Reativo de tollens

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(fig.5) Reaccion de con el reactivo fehling

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