Práctica 16. Propiedades de los alcoholes y síntesis de aldehídos y cetonas

Instituto Tecnológico y de Estudios Superiores de Monterrey

Campus Puebla

Práctica No. 16

 Propiedades de los alcoholes y síntesis de aldehídos y cetonas

Responsable: Mtro. Víctor Hugo Blanco Lozano

Equipo No. 8

Grupo 2

Integrantes del equipo:

Stephania Díaz Lorenzo                    A00397831

Ana Laura Velázquez Gil                   A01325205

Omar Sánchez Jiménez                    A01324800

Jorge Armando Luna Morales           A01099726

Gabriela Rivera Hernández               A01325193

Objetivos:

Introducción:

Se conoce como “alcohol” a todos aquellos compuestos orgánicos que se forman a partir de una cadena de hidrocarburos mediante la sustitución de uno o más átomos de hidrógeno (H) por grupos de hidroxilo (OH) en los carbonos saturados o insaturados.

En la industria llegan a ser muy útiles debido a su uso como productos químicos intermedios y disolventes en la preparación de colorantes, detergentes, perfumes, alimentos, bebidas, cosméticos y barnices. Algunos compuestos se utilizan también en la desnaturalización del alcohol, en productos de limpieza, aceites y tintas de secado rápido, anticongelantes y en la flotación de minerales.  (Instituto Tecnológico Superior de Calkiní, 2013)

No obstante, uno de los mejores métodos para la síntesis de aldehídos es la oxidación de alcoholes primarios  y la ruptura del doble enlace de los alquenos en un alcohol primario. Para la síntesis de cetonas, el proceso viene siendo similar, intercambiando el alcohol primario por uno secundario.

Dichas reacciones serán evaluadas a lo largo del trabajo experimental en el laboratorio, estudiando el comportamiento de los elementos químicos en cuestión en presencia de un fuerte oxidante y analizando las reacciones que se desencadenan a partir del contacto entre las mismas. De esta manera se logrará una mejor percepción acerca de los conocimientos aprendidos en la materia de Química Orgánica y su próxima aplicación en procesos industriales y valoración de los mismos en la vida cotidiana.

La oxidación más distintiva que se conoce y con la que se estuvo efectuando el proceso de síntesis a lo largo de la práctica ha sido mediante el ion Ag+, el cual requiere medio alcalino para evitar que precipite el insoluble óxido de plata, por eso se añade en forma de complejo amoniacal que actúa como agente complejante. Universidad de las Palmas de Gran Canaria, 2013)

Este ion recibe el nombre de reactivo de Tollens y provoca la oxidación del aldehído a ácido carboxílico y el ion plata se reduce a plata metálica que precipita cuando se hace de forma cuidadosa formando como un espejo, que se utiliza para la detección de aldehídos y diferenciarlos de las cetonas. (Universidad de las Palmas de Gran Canaria, 2013)

CONSIDERACIONES TEÓRICAS

Los alcoholes forman una familia de compuestos orgánicos caracterizados por el grupo funcional hidroxilo u oxhidrilo (-OH). Sus propiedades físicas y químicas resultan de la presencia de esta grupo funcional. Estructuralmente se dividen en tres grupos: primarios, secundarios y terciarios, dependiendo del grado de sustitución del carbono al cual está unido el grupo funcional. Consecuentemente, cada tipo presenta reacciones características, lo cual permite diferenciarlos.

La oxidación de un alcohol apropiado conduce a la síntesis de aldehídos y cetonas. En esta práctica se estudiará, en parte, el comportamiento de los alcoholes hacia un agente oxidante fuerte (dicromato de sodio). A pesar de que es difícil aislar en forma pura los productos de oxidación, es fácil saber que ha ocurrido una reacción. El (Cr2O7)-2 es de color anaranjado intenso y cuando actúa como oxidante se convierte en Cr+3. Éste, es de color verde brillante, por lo que si el alcohol se oxida, se observará un cambio en el color de la solución. Además, el aldehído y cetona que se obtienen poseen olores muy distintos de los alcoholes de los cuales provienen, por lo tanto si hay oxidación se notará un cambio de olor.

Reacciones de esterificación de alcoholes

Los esteres son el producto de la reacción entre los alcoholes y los ácidos carboxílicos. Con formación de agua, para que se lleve a cabo la reacción es necesaria además la presencia de un ácido como el ácido sulfúrico, que funciona como catalizador.
La reacción en el sentido opuesto es perfectamente factible y se conoce como hidrólisis del éster, pues el agua rompe el enlace éster para formar nuevamente el ácido y el alcohol.

Una gran cantidad de alimentos contienen saborizantes artificiales, y muchos de estos sabores son moléculas de esteres. Los olores de muchas frutas y flores se deben a la presencia de esteres volátiles como por ejemplo: acetato de isopentilo (olor característico a plátano), butanoato de butilo (piña), pentanoato de isopentilo (manzana), acetato de benzilo (jazmin), butanoato de bencilo (olor a rosas), etc. 

Materiales

Varilla de vidrio, 12 tubos de ensaye, pinzas para tubo de ensaye.

Reactivos

Etanol, isopropanol, ter-butanol, glicerina, benceno, éter etílico frío: sodio metálico, ácido sulfúrico concentrado, permanganato de potasio, dicromato de potasio al 5%.

Métodos

Solubilidad

Determinar la solubilidad relativa del etanol, isopropanol y glicerina en agua y éter.

Agregar 10 gotas del alcohol problema a 1 ml del solvente. Hacer las observaciones con cuidado, ya que es difícil comprobar a simple vista la presencia de dos capas distintas de líquidos, cuando ambas son incoloras.

Algunas Precauciones:

a) cuando se use el éter, el tubo de ensaye debe estar seco.

b) Tener cuidado de que no haya mecheros encendidos cerca cuando viertas

o uses éter, ya que es extremadamente flamable.c) Los experimentos con éter hacerlos en la campana de extracción y cuando deseches los residuos hacer correr el agua.

PROCEDIMIENTO:

PRUEBA No. 1

Rotula tres tubos de ensaye de 20 x 200 mm con los componentes que vas a mezclar, conteniendo el primero alcohol etílico, el segundo alcohol isopropílico y el tercero alcohol metilico , debes poner 1.5ml de cada uno y después se añaden 1.5ml de ácido acético en el caso de la PRIMERA ESTERIFICACIÓN y 8 gotas de ácido sulfúrico concentrado como catalizador, la mezcla se calienta en baño maría hasta ebullición , se deja 3 minutos más vierte la mezcla sobre 25ml de agua helada contenida en un matraz erlenmeyer de 250ml identifica el aroma de cada uno, ¿es agradable o desagradable?

Esterificación	Muestra de alcohol	Tipo de ácido	Catalizador	Olor	Reacción
1 Esterificación	Alcohol etílico	Acético	Ácido sulfúrico	Muy parecido al resistol	Etanoato de etilo
1 Esterificación	Alcohol isopropílico	Acético	Ácido sulfúrico	inodoro	Etanoato de metilo
1 Esterificación	Alcohol Terbutílico	Acético	Ácido sulfúrico	Parecido a la suela de zapato	Etanoato de isopropilo

REACCIONES QUÍMICAS DE ALCOHOLES

Material, equipo y reactivos
Tubo de ensaye	Alcohol etílico
Pinzas para tubo de ensaye	Alcohol isopropílico
Espartula	Alcohol metílico
	Permanganato de potasio

PROCEDIMIENTO:

OXIDACIÓN DE LOS ALCOHOLES

En éste caso la oxidación en los alcoholes para formar cetonas, aldehídos y ácidos carboxilicos.

1.- Rotula tres tubos de ensaye de 20 x200 mm con el nombre del alcohol que vas a estudiar (alcohol etílico, isopropílico y Terbutilico*)

2.- Agrega 1ml de alcohol en cada tubo de acuerdo al nombre etiquetado.

3.-Agrega 20 gotas de Ácido Sulfúrico diluido y 5 gotas de solución de permanganato de potasio al 5 %

4.-Calienta ligeramente y con sumo cuidado registra el olor para cada producto

Permanganato de potasio KMnO₄     al 5%  25ml

REGISTRA LOS RESULTADOS:

Prueba 1: Oxidación con cromato de potasio (K2CrO4):

Alcohol	Compuesto formado	Olor	Observaciones
Etílico	Ácido acético	Amargo	Cambia de color naranja y finalmente amarillo.
Isopropilico	Propanona	A barniz de uñas	Pasa de amarillo a naranja y finalmente se pone de un color verde
Metílico	Ácido fórmico	Olor irritante	Pasa de amarillo a naranja y finalmente se pone de un color verdoso.

Prueba 2: Oxidación con dicromato de potasio (K2CrO7):

Alcohol (muestra)	Compuesto formado	Olor	Observaciones
Etílico	Etanal	piña	Color amarillo a un verde casi claro. Es una reacción exotérmica pues se calienta un poco el tubo.
Isopropílico	Propanona (acetona)	alcohol con un toque de acetona	Pasó de un amarillo a un verde claro.
metilico	metanal (formaldehído)	no se apreció un olor aparente	La oxidación es muy lenta y no hay un cambio de color apreciable.

Resultados de la técnica 3: Oxidación de los alcoholes

Alcohol (muestra)	Compuesto formado	Olor	Observaciones
Etílico	Ácido etanoico (ácido acético) y formación de etanol	frutal con otro compuesto no conocido	Se oxida formando un precipitado color café
Isopropílico	Propanona (acetona)	alcohólico	Se observa un cambio de color a café con restos de algún compuesto flotando
metilico	Metanal (formaldehído) y metanal	no se pudo apreciar un olor conocido	Se aprecia un color entre morado-café con un compuesto disuelto.

(*se cambió el alcohol terbutílico por metílico ya que no se contaba con este)

Precaución: Sé cauto siempre que quieras percibir el olor de cualquier compuesto. No aspires a fondo, dirige los vapores a la nariz con la mano.

Reacciones

CH3-CH2OH ---> CH3-COOH

H3C-HCOH-CH3 + KMnO4/H+ ---> CH3-CO-CH3

CH₃ OH  + KMnO4/H+ à H-COOH

Reacción de Tollens para identificación de aldehídos.

Reacción positiva para aldehídos, negativa para cetonas.(se efectúa solamente en caso de obtener prueba positiva con ácido crómico para evitar falsas positivas)

Procedimiento para la reacción de identificación.

Preparación del reactivo de hidróxido de plata amoniacal: En un tubo de ensayo limpio coloque 2 gotas de solución de nitrato de plata al 5%, una a dos gotas de sosa al 10% y gota a gota, con agitación, una solución de hidróxido de amonio al 5%, justo hasta el punto en que se disuelva el óxido de plata que precipitó, evitando cualquier exceso. Este reactivo debe usarse recién preparado por cada alumno.

Al reactivo recién preparado agregue 0.1 g o 2 gotas de la sustancia, agite y caliente en baño de agua brevemente.

La aparición de un espejo de plata indica prueba positiva.

Una vez terminada la prueba, el tubo de ensayo deberá limpiarse con ácido nítrico

La prueba de Tollens es un procedimiento de laboratorio para distinguir un aldehído de una cetona: se mezcla un agente oxidante suave con un aldehído o una cetona desconocida; si el compuesto se oxida, es un aldehído, si no ocurre reacción, es una cetona. El complejo de plata amoniacal [Ag(NH₃)₂]⁺ en solución básica es el agente oxidante utilizado en la prueba de Tollens. Si hay un aldehído presente, éste se oxida a la sal del ácido RCOO^-. Al mismo tiempo, se produce plata metálica Ag_(s) por la reducción del complejo de plata amoniacal.

La plata metálica producida en esta reacción recubre la parte interna del recipiente y forma un espejo de plata.

El reactivo de trollens fue preparado con anterioridad por el maestro a cargo, los reactivos que fueron utilizados para esta prueba fueron

·         Sacarosa

·         Glucosa

·         Fructuosa

·         Lactosa

·         Maltosa

*Debido a una posible contaminación en los reactivos estos no mostraron los resultados esperados, ya que el espejo de plata apareció en 4 de ellos(sacarosa, glucosa, fructosa y lactosa) cuando solamente debía a aparecer en 2 (glucosa y sacarosa).

Cuestionario:

1)    Explicar el mecanismo de solubilidad del glicerol en éter.

Debido a la polaridad de estas sustancias el proceso de solubilidad del glicerol en éter no es posible ya que el éter es una molécula polar y el glicerol es una molécula no polar. No polar con polar no es soluble.


2) Escribir la reacción química que se efectúa al reaccionar el etanol con sodio. ¿Qué gas se desprende de esa reacción?


(CH3CH2)OH+Na->CH3CH2OHNa+H2

Se desprende el hidrógeno

2)    Escribe la estructura de los productos de oxidación esperados en la oxidación de los alcoholes usados en tu experimento. Si no observaste reacción con ninguno de los alcoholes explica por qué.


Al realizar la oxidación de estos alcoholes lo esperado era producir cetonas y ácidos carboxílicos, se obtuvieron el ácido acético, la propanona y el ácido fórmico.

3)    ¿Cómo identificó el grupo carbonilo en aldehídos y cetonas


se identificó gracias a que el grupo carbonilo de ambos reacciona con derivados del amoniaco y produce sólidos. El grupo carbonilo de los aldehídos se oxida y el de las cetonas no. Con la prueba de la Reacción con 2,4- dinitro- fenilhidrazina

4)    Escriba la reacción que permitió dicha identificación.


             

R-CH=O + 2Ag (NH3)2OH  ->       2Ag +RCOO-NH4+   

Para aldehídos reacción de tollens

6) ¿Cómo diferenció a un aldehído de una cetona?


al realizar una reacción de identificación la prueba dará positivo para aldehídos si aparece un espejo y si no aparece será positivo para cetonas.

7) Escriba la o las reacciones que le permitieron diferenciar uno de otro.


la reacción con ácido crómico y la reacción de tollens

8) Escriba la reacción anterior.


          2CrO3

R-CH=O ->      3RCOOH+3H2O+Cr2(SO4)3

           3H2SO4

9) Complete el siguiente cuadro, indicando sus resultados:

	Reacción con 2,4- dinitro- fenilhidrazina	Reacción con ácido crómico	Reacción de Tollens	Reacción del Yodoformo
Aldehído Alifático	Indica la prescencia de un grupo carbonilo	REACCION POSITIVA	REACCION POSITIVA
Aldehído Aromático	Indica la prescencia de un grupo carbonilo	REACCION POSITIVA	REACCION POSITIVA
Cetona Alifática	Indica la prescencia de un grupo carbonilo	NEGATIVA	NEGATIVA
Cetona Aromática	Indica la prescencia de un grupo carbonilo	NEGATIVA	NEGATIVA
Problema	No distingue entre aldehídos y cetonas	Positiva solo en aldehídos e hidroxicetonas	Positiva para aldehídos y negativa para todas las cetoas	RFGFG

Conclusión:

Como se pudo observar a lo largo del proceso de la práctica experimental, los aldehídos se pueden oxidar fácilmente a ácidos carboxílicos; no obstante, las cetonas no cumplen con esta función debido a su carácter peculiar y específico de encontrarse en un carbón secundario.

Los aldehídos pueden prepararse por varios métodos en los que intervienen la oxidación o la reducción, pero hay que tener en cuenta que como los aldehídos se oxidan y se reducen con facilidad, deben emplearse técnicas o reactivos especiales. (Universidad de las Palmas de Gran Canaria, 2013)

Como se estuvo viendo en la práctica, la oxidación de aldehídos mediante el reactivo de Tollens sirvió de gran utilidad para la síntesis de ácidos carboxílicos; no obstante, para la obtención de cetonas a partir de alcoholes intervinieron otros métodos y procesos distintos, pero con el mismo fin y obtención particular. 

             

McMurry, J. Química Orgánica. Grupo Editorial Iberoamerica (1993).

Instituto Tecnológico Superior de Calkiní. Síntesis de aldehídos y cetonas. Recuperado el 28 de mayo de 2013, de: www.itescam.edu.mx/principal/sylabus/fpdb/recursos/r88250.DOC

Universidad de las Palmas de Gran Canaria. Aldehídos y cetonas. Recuperado el 28 de mayo de 2013, de:

www.ulpgc.es/descargadirecta.php?codigo_archivo=4534

Facultad Medicina de la UNAM. Propiedades de los alcoholes.  Recuperado el 28 de mayo de 2013, de: http://www.facmed.unam.mx/deptos/salud/censenanza/spivst/2012/104-03.pdf

Anónimo 2010. Identificación de aldehídos y cetonas. Investigación y ciencia. Rescatado de

http://es.scribd.com/doc/15573176/9-Identificacion-de-Aldehidos-y-Cetonas.

Curso de química orgánica. Identificación de aldehídos y cetonas. Orgánica . Org. Rescatado de

http://www.google.com.mx/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=1&ved=0CC8QFjAA&url=http%3A%2F%2Forganica1.org%2F1445%2F1445pp7.ppt&ei=A5BdUaSXO4Lk2QWYyIHIBA&usg=AFQjCNH3rNoC131QzZ1zrAgfsG527kYhjQ&bvm=bv.44770516,d.b2I