Pruebas de Caracterizacion de Alcoholes

PRUEBAS DE CARACTERIZACION DE ALCOHOLES Isabella Orozco 11200001, Dav! Colora!o 101200"2 Universidad Icesi Facultad de Ciencias Naturales Laboratorio de Química Orgánica I Santiago de Cali, Colombia Septiembre 3 de !"" belita#oro$co%&otmail'com,, obituar()%&otmail'com belita#oro$co%&otmail'com

1, Ob#e$vos% *eal *eali$ i$ar ar prue prueba bas s de solu solubi bili lida dad d de alco alco&o &ole les s en sust sustan anci cias as pola polare res s ( apolares, para determinar el e+ecto del grupo &idroilo'

.abla bla !/ 0rue 0rueba bas s de oid oidac acii-n n con con permanganato permanganato de potasio

Llevar a cabo pruebas sencillas como la prueba de oidaci-n con permanganato de potas potasio io ( de esteri esteri+ic +icaci aci-n -n con un ácido carboílico, con el +in de conocer  algu alguna nas s reac reacci cion ones es bási básica cas s de los los alco&oles' 2& Res'l$a!os% .abla "/ 0rueba de solubilidad en agua ( 1ter de petr-leo

.abla 3/ 2steri 2steri+ic +icaci aci-n -n con un ácido ácido carboílico'

5

Las pruebas de caracteri$aci-n son utili$adas, como su nombre lo sugiere, para identi+icar, anali$ar ( clasi+icar  compuestos mediante diversas metodologías, mu( diversas, ( su grado de compleidad va de la mano con su capacidad para identi+icar un compuesto especi+ico' Como se verá a continuaci-n, las pruebas aplicadas, en este caso, a algunos alco&oles, varían de metodología seg4n un criterio de+inido'

Pruebas de Solubilidad: 0ara esta prueba se epusieron, en primera instancia, algunos alco&oles en un medio acuoso 5

6, (, en

segunda instancia, en un medio apolar  con el uso de 1ter de petr-leo 5tambi1n conocido como 1ter dietilico6' 2stas pruebas se aplicaron a los compuestos enlistados como sigue/ 

6 es una mol1cula polar ( es

capa$ de +ormar ;enlaces de &idrogeno< entre sus mol1culas ( a=uellas =ue

(& A)*lss !e Res'l$a!os%

H 2 O

H 2 O

posean un grupo  N 

o

 F 

OH 

en su estructura> entre

muc&as otras características, este tipo de enlace le permite al agua solvatar  una gran variedad de compuestos, ( entre ellos algunos de los alco&oles a=uí epuestos'

0ero antes, los alco&oles, al presentar  un grupo

OH 

, =ue los de+ine como

especie =uímica, poseen la posibilidad de +ormar ;enlaces de &idrogeno< con el agua' No dea de ser más =ue una posibilidad por=ue los alco&oles pueden estar +uertemente in+luenciados por su OH 

grupo

o

+uertemente

in+luenciados por la cadena carbonada, =ue tambi1n &ace parte de la estructura de los compuestos a=uí epuestos' 2s decir =ue los alco&oles poseen dos regiones =ue posibilitan su polaridad' *egion 9idro+ilica 9idro+ilica *egion

"78utanol/

93C

 o un átomo de

O9

O9 O9

933C C 9 *egion 9idro+obica 9idro+obica *egion



!78utanol/

93C

C93 O9



!7:etil7!70ropanol/

93C 93C



C93 O9

:etanol/

93C

O9

0or cuanto corresponde a la prueba de solubilidad en agua, a partir de las características del agua se pueden prever ciertos comportamientos' 2l agua

(Figura No 1)  ?l tomar al "78utanol como eemplo, se puede ver como se de+inen con +acilidad ambas regiones> la &idro+obica, constituida por los carbonos, no promueve la solubilidad del alco&ol en agua ( por el contrario la disminu(e> ( la &idro+ilica es la =ue +acilita =ue pueda presentarse solubilidad en agua ( la =ue por e+ecto inductivo atrae electrones ( mani+iesta la polaridad en el compuesto' 2n otras palabras, cuanto más grande es la cadena carbonada, mas e+ecto tendrá esta sobre las características del compuesto ( por lo tanto será menos soluble en solventes polares como el agua> pero, si por el contrario, el grupo

OH 

  llegase a ser el más prioritario

en el compuesto, las características del mismo se verán más in+luenciadas por  su presencia, lo =ue se traduce en una ma(or solubilidad en solventes polares ( por ende en agua' @e &ec&o, es tanta la importancia de ambas regiones, =ue al crecer el n4mero de carbonos la solubilidad disminu(e gradualmente ( no de +orma abrupta' Se considera =ue a partir de los A átomos de carbono, en la regi-n &idro+obica, la solubilidad de los alco&oles constituidos como los =ue son obeto de análisis en el presente in+orme, se puede a+ectar a tal punto =ue es +ácilmente observable a trav1s del oo &umano> permiti1ndose distinguir  entre dos +ases al me$clarse con agua' 0ero si bien la solubilidad se a+ecta, esto no =uiere decir =ue sean absolutamente insolubles en agua, pues en muc&os de los casos, el proceso de solvataci-n se ve ;retardado< o ;obstruido< ( no sucede instantáneamente como se esperaría "'  ?sí, como se podrá predecir, cuando el grupo

OH 

 se encuentra unido a una

cadena carbonada no tan grande, como sucede en el caso del :etanol 5 CH 3 OH 

6,

este

adopta

un

protagonismo en el comportamiento de la mol1cula' 0or un lado, el e+ecto inductivo de un átomo electronegativo como el oígeno es más +uerte, lo =ue &ace a mas polar a la mol1cula (, por  otro lado, la cadena carbonada no obstru(e la participaci-n de las mol1culas de agua en la solvataci-n' No obstante, los alco&oles de cadenas carbonadas mu( largas pero con más de un grupo

OH 

en su estructura

presentan gran tendencia a disolverse en agua> los denominados dioles, demuestran

=ue

el

grupo

 ?l revisar el comportamiento de los compuestos enlistados anteriormente se obtuvo insolubilidad en agua por parte del "78utanol ( del !78utanol' Seg4n lo descrito anteriormente, estos compuestos aun no presentan el n4mero de carbonos necesarios, en su regi-n &idro+obica, para ser   absolutamente insolubles en agua> pero =ui$á si lo su+iciente para =ue su solubilidad se viese retardada u obstruida' 0or ello se considera =ue estos compuesto si pueden disolverse en agua si se eponen al medio acuoso durante un tiempo prolongado o si se usa calor, como promotor del proceso de solvataci-n' 2n contraste, el :etanol ( el !7:etil7!7 0ropanol si se presentaron solubles en agua al instante> pues en el metanol la regi-n &idro+obica es poco representativa con respecto a la prioridad =ue el grupo

OH 

  llega a

tener en la mol1cula' 2n el !7:etil7!7 0ropanol se puede apreciar el e+ecto inductivo del grupo

OH 

, (a =ue, aun

siendo una mol1cula bastante rami+icada, considerando su tamaBo, es bastante soluble en agua' 2sto 4ltimo se torna bastante interesante si se considera =ue el !7:etil7!70ropanol ( tanto "78utanol como el !78utanol poseen la misma cantidad de carbonos en su regi-n &idro+obica' 2s decir =ue si los carbonos no se encuentran mu( distanciados, en cuanto a los átomos =ue con+orman la mol1cula, del grupo OH 

, este ultimo seguirá siendo

prioritario por cuanto corresponde a la posibilidad de +ormar ;enlaces de &idrogeno< con el agua, ( así solvatarse' 0ero como se mencion- anteriormente, los alco&oles mencionados tambi1n +ueron sometidos a una prueba de solubilidad de 1ter de petr-leo'

OH 

promueve con gran +acilidad la solubilidad en agua en compuestos rami+icados'

0ara esta prueba &a( =ue considerar  =ue el 1ter de petr-leo es un solvente apolar ( para +acilitar el entendimiento

del comportamiento de las mol1culas, &a( =ue retomar el concepto de las regiones &idro+obicas e &idro+ilicas' a =ue,

así

como

el

OH 

grupo

promueve la solubilidad en un solvente polar cuando, como regi-n &idro+ilica, se muestra prioritario ante el resto de la mol1cula> =ue suele ser una cadena carbonada corta o corta ( mu( rami+icada> la regi-n &idro+obica promueve la solubilidad del compuesto en solventes apolares si dic&a regi-n es representativa, más =ue el grupo OH 

, en el alco&ol en cuesti-n "'

2s por ello, =ue aun=ue se consider=ue el "78utanol ( el !78utanol presentan una baa solubilidad en agua, su regi-n &idro+obica les +avorece a la &ora de disolverse en un solvente apolar  como el 1ter de petr-leo pues es más representativa =ue el grupo

OH 

'

Caso contrario es el del :etanol, en donde el grupo

OH 

  es muc&o más

prioritario =ue su regi-n &idro+obica constituida por un 4nico carbono> ( por  ende, su solubilidad en solvente apolares se ve a+ectada de manera considerable' 0ero el caso del !7:etil7!70ropanol es más especial, pues se muestra soluble en ambos solventes> esto demuestra como las regiones, en especial la &idro+obica, a+ectan la solubilidad gradualmente ( no de +orma abrupta' Lo =ue =uiere decir =ue el !7:etil7!7 0ropanol presenta una solubilidad parcial entre los dos solventes en una medida tal =ue es +ácilmente apreciable por el oo &umano' Prueba de Oxidación Pergamanato de Potasio: 2l

 KMnO4

o

positiva 5si &ubo reacci-n6 ( cuando la prueba &a sido negativa 5no &ubo reacci-n6'

pergamanato

con



"78utanol/

93C

O9

2ste compuesto es un alco&ol primario por=ue posee el grupo &idroilo 5 OH  6 unido a un carbono primario' Los alco&oles de este tipo producen alde&ídos ( ácidos carboílicos al ser  oidados !> por ello/ "

O9

!

D   E:nO F

∆

3

93C

O

K M nO

4

93C

9

O9 ?cido Carbo,ilico

 ?lde&ido

Como se puede observar, el alco&ol no produce directamente un alde&ído al tiempo =ue un ácido carboílico' 0ara el paso !, el alco&ol al eponerse a  KMnO4

 ( calor produce un alde&ído'

Si se entiende a la oidaci-n, en su +orma más sencilla para compuesto carbonados, como el aumento de enlaces

C −O

, es bastante eplicito

como el carbono No  pasa de poseer  un solo enlace con el oígeno 5 C −OH 

alde&ído 5

6 a un enlace doble en el C =O

6' 2s así como, si la

 KMnO 4

eposici-n al

continua, el

alde&ído puedo oidarse ( producir al acido carboílico> lo =ue tambi1n se puede observar e interpretar como un incremento en los enlaces

C −O

 ( el

carbono No  pasa a tener la siguiente con+ormaci-n/ de

potasio es un agente oidante +uerte, com4nmente usado en pruebas de caracteri$aci-n por el virae de apariencia ( color, los cuales permiten determinar cuando la prueba &a sido

O * O 9

O

"

 R

@onde

93C

C93

=ue precede desde el alco&ol ( el carbono No posee, a&ora, tren enlaces con atomos de oigeno, uno de la +orma C −OH 

C =O

 ( otro de la +orma

 MnO2

'

D   E:nO F

∆ H 2  O

D

:n

Si omitimos el paso ! pero sin ignorar  =ue sucedi- ( =ue de &ec&o el alde&ído si se +orm-, como producto secundario

 MnO2

 KMnO4

 al cual se le

identi+ica como el precipitado observado en la reali$aci-n de esta prueba> el cual tambi1n sustenta =ue la reacci-n si se llev- a cabo 3'



!78utanol/

93C

O

 en el carbono No ! el

*

general/

 ?cido Carbo,ilico

usado, se obtiene

C −O

*

O9

de la reacci-n de todo el

:nO !

O

2n O

D

cual está unido directamente al grupo &idroilo' 0ero a di+erencia del "78utanol, el !78utanol posee un carbono con grupos al=uilo a su alrededor, el carbono No !, el cual se oida ( adopta la +orma

=ue

93C

C93

H 2 O

enlaces

3

O9

93C

Como se observ- para el análisis del "7 8utanol, ( entendiendo sencillamente la oidaci-n, &a( un aumento de los

es de color pardo e insoluble en agua, tal cual es el precipitado obtenido durante la reali$aci-n de la prueba en el laboratorio' ?sí/ "

∆

Cetona

0ero aun así, no se eplica el cambio de color' Lo =ue sugiere =ue los reactivos correspondientes a la oidaci-n se encontraban en medio acuoso, =ue permite la +ormaci-n de

D   E:nO F

O9

Lo =ue caracteri$a a los ácidos carboílicos como especie =uímica'

93C

!

es la cadena carbonada

C93

representa

grupos

al=uilo =ue no necesariamente deben ser  iguales, como sucede con a cetona obtenida mediante la oidaci-n del !7 8utanol'  de +orma &omologa a lo obtenido con el "78utanol, se da la +ormaci-n de  MnO2

  =ue representa al precipitado

color pardo obtenido mediante la oidaci-n gracias al medio acuoso' ?un así, &a( =ue considerar =ue no solo el medio acuoso implica la aparici-n del  MnO2

, de &ec&o no es el medio

acuoso lo =ue promueve su producci-n si no, más bien, su apreciaci-n al ser  insoluble' Cuando el alco&ol se oida se puede observar como el manganeso pasa de un estado de oidaci-n de 7 +¿ ¿

O9

 R

donde

 Mn

 5en el E:nO 6 a uno estado de 4 +¿

2ste compuesto es un alco&ol secundario por=ue posee al grupo OH 

  unido a un carbono secundario

52l carbono No !6' Los alco&oles de este tipo producen cetonas al oidarse !> por  ello/

oidaci-n de

¿

 Mn

 5en el :nO !6> pues

el estado de oidaci-n del oígeno es de 2−¿ O

¿

, es decir =ue gana electrones (

por lo tanto se reduce' @ic&o así, el  MnO2

no

se

produciría

si

el

manganeso no re reduese, ( por ende,

D

D

E

si el alco&ol no se oidase '



por=ue la reacci-n termina produciendo mol1culas de agua' 2n alco&oles primarios ( secundarios, la esteri+icaci-n

!7:etil7!70ropanol/

93C 93C

se da gracias a un mecanismo

C93

SN 2

G

'

O9

"78utanol/



93C

Como se puede apreciar en su estructura, el !7:etil7!70ropanol es un alco&ol terciario por=ue el carbono unido directamente con el grupo &idroilo está unido a tres grupos al=uilo 5tres carbonos6 ( por lo tanto es terciario' Los alco&oles de este tipo no se oidan por lo general, ( en lo =ue respecta al presente in+orme ( a los resultados obtenidos (Véase: Tabla 2) tampoco &ubo oidaci-n'  ?l no presentarse el precipitado de color  pardo e insoluble en agua =ue se present- para el "78utanol ( el !7 8utanol, se puede deducir =ue el manganeso en el

 KMnO4

O9

Como (a se mencion-, se trata de un alco&ol primario ( por lo tanto de un buen candidato para la esteri+icaci-n' 0or lo general, los esteres de bao peso molecular poseen olores agradables ( se encuentran a menudo en +lores ( +rutos' 0or el contrario, los ácidos carboílicos suelen poseer un olor desagradable característicoA> por ello, a partir de las observaciones de la Tabla 3 se puede deducir =ue compuestos +ormaron un 1ster ( por lo tanto, cuales reaccionaron' 2n este caso/

no se O

reduo ( =ue, por lo tanto, no se produo  MnO2

93C 93C

O9

> lo =ue tambi1n se puede

alco&ol con la soluci-n de

 no

&ubo cambio de color aparente ( por lo tanto se conclu(e =ue no &ubo reacci-n'

D

H 2 S O

4

93C

O

O

entender como =ue el alco&ol no se oido' 2s por ello =ue al me$clar el  KMnO4

O9

2l

CH 3 COOH 

C93

D

 se protona gracias al medio  H 2 SO 4

acido, otorgado por el

, +ormando un

ion oonio/ 9

Pruebas de Esterificación con Acido Carboxílico:

el

uso

de

CH 3 COOH 

glacial 5un ácido carboílico6 ( en medio acido empleando

 H 2 SO 4

' .ambi1n

puede entenderse por des&idrataci-n CH 3 COOH 

 ( este, a su ve$, se une

al alco&ol por el lado =ue le corresponde al grupo &idroilo, el cual acepta la carga

O 9

O

Como su nombre lo sugiere, la prueba consiste en la producci-n de un 1ster a partir de un alco&ol, en este caso, mediante

D

93C

Ion Oxonio 2ste reacciona con el alco&ol en un ata=ue nucleo+ilico de sustituci-n 5

SN 2

6> lo =ue

epulsa una mol1cula de agua, es decir =ue el OH 

 del

positiva/

9!O

+¿

O

2l D O

93C

¿

representa los protones donados

 H 

C93

 H 2 SO 4

por el

9

  ( el

−¿ ¿ BH 

  representa la

base conugada =ue des7protona al 1ster a punto de +ormarse' 2l compuesto termina desasi1ndose del .al cual como sucede con el "78utanol, prot-n mediante la base conugada del CH 3 COOH  el   reacciona H 2 SO 4 ácido sul+4rico 5 6 =ue protono eitosamente con el :etanol, CH 3 COOH  al  en un principio' esteri+icándose ( produciendo un olor a +ruta =ue con+irma su reacci-n' Como se puede observar, la esteri+icaci-n es la des&idrataci-n del ácido carboílico, en este caso el CH 3 COOH 



2tanol/

93C

O9

> +rente a un medio ácido

( un alco&ol primario' Fue posible in+erir en =ue el 1ster se +orm- con 1ito gracias al olor =ue despidi- el compuesto despu1s de un determinado tiempo 5mientras reaccionaban los compuestos6 pues, aun=ue de +orma leve, se pudo percibir  un olor dulce' No obstante, &a( =ue tener en cuenta =ue la esteri+icaci-n con alco&oles primarios ( secundarios tiende a revertirse, ( es necesario del empleo de un eceso del alco&ol o de eliminar el agua a medida =ue se +orme )'

2ste compuesto, tambi1n alco&ol primario, presento un olor dudoso de un 1ster al reaccionar (Véase: Tabla 3).  ?un así, el ser primario, no tiene impedimentos =ue le eviten reaccionar> pero un olor a cauc&o es más +ácil con+undirlo con el olor proveniente del CH 3 COOH 

' 0or ello, como se deduo

para el "78utanol, la reacci-n pudo &aberse revertido creando una me$cla entre productos ( reactivos, ( por lo tanto, una me$cla de aromas entre el CH 3 COOH 

 ( el 1ster producido> por 

lo tanto/ 

:etanol/

93C

O9

93C

O9 D

9 O

93C

H

O

+

93C

O

C93 D

9!O

O

2l :etanol, al igual =ue el "78utanol, es un alco&ol primario, ( es buen candidato a +ormar un 1ster mediante la metodología empleada para con el "7 8utanol' 0or lo tanto/ O

O 93C

O9 D 93C

H O9

O

+

93C

O9 D 93C

9

D

O 9

93C

Lo =ue &i$o tan di+ícil identi+icar =ue compuesto predomino como producto en la reacci-n' Las posibles causas de ello son =ui$á, no agregar su+iciente alco&ol o una producci-n de agua no controlado'

C93

D

O

D 9

9

89

"& Co)cl'so)es% O

93C

O

C93 2ster 

Cuando se puede reconocer =ue, en una reacci-n redo, una especie o mol1cula se reduo se puede in+erir en =ue otro

compuesto de la misma reacci-n se oido' Lo =ue se puede observar en el criterio por el cual se considera positiva, a la aparici-n del precipitado pardo, en la oidaci-n de alco&oles con

 KMnO 4

'

0ues no radica en =ue si el alco&ol se oido, si no en si el pergamanato de potasio se reduo' 2llo permite concluir  =ue para este tipo de pruebas &a( =ue tener mu( en cuenta +actores aenos a la reacci-n ( la metodología =ue pudiesen reducir al

 KMnO4 ,

 ( con ello obtener 

+& Reere)cas% "' 9' @' @urst, H' ' HoJel, ;Química Orgánica 2perimental