IDENTIFICACION DE GRUPOS FUNCIONALES Luis Enrique Zamora Lanegra Facultad de Ingeniería de Petróleo, Gas Natural y Petroquímica E-mails:
[email protected] RESUMEN La realización del presente informe es para aprender a identificar los diferentes grupos funcionales que se conocen en química orgánica. Esto nos permitirá clasificar una molécula desconocida dentro de una familia orgánica o una muestra con diferentes compuestos, mediante pruebas a la gota con diversos reactivos, tales pruebas aprovechan las propiedades químicas más notorias. Todas las pruebas que hicimos fueron a escala micro, en pequeños tubos de ensayo y en algunos ensayos hicimos uso de combustibles para lo cual utilizamos una llama para comparar entre las muestras. Finalmente con todo lo aprendido seremos capaces de reconocer los distintos grupos funcionales de una muestra, teniendo una cantidad de reactivos para utilizar tomando en cuenta la reactividad con cada grupo funcional. Palabras Claves.- Grupos Funcionales, Reactividad, Compuestos Orgánicos. ABSTRACT The production of this report is to learn to identify different functional groups are known in organic chemistry. This allows us to classify an unknown molecule in an organic family or a sample with different compounds, using the drop tests with various reagents; such tests take advantage of the most notorious chemical properties. All tests were made at the micro, small test tubes and in some trials made use of fuels which use a flame to compare samples. Finally, with everything we have learned we will be able to recognize the different functional groups of a sample, taking a number of reagents for use taking into account the reactivity with each functional group. Keywords.- Functional groups, Reactivity, Organic Compounds. INTRODUCCION El comportamiento químico físico de una molécula orgánica se debe principalmente a la presencia en su estructura de uno o varios grupos, funciones o familias químicas. La mayoría de estos grupos funcionales se presentan en las moléculas de origen natural Existe la posibilidad de disponer de una serie de reacciones que permiten caracterizar determinados grupos funcionales.
En algún caso varios grupos funcionales pueden dar una misma reacción, por lo que será necesario aplicar alguna otra reacción característica para estar seguros de la naturaleza de los mismos. Grupos Funcionales: Son agrupaciones constante de átomos, en disposición espacial y conectividad, que por tal regularidad confieren propiedades físicas y químicas muy similares a la estructura que las posee, mencionaremos algunos grupos funcionales orgánicos.
Tabla 1. Grupos Funcionales más importantes Grupo Funcional
Serie Homologa
Formula
Grupo Hidroxilo Grupo Alcoxi
Alcohol
R-OH
Éter
R-O-R*
Grupo Carbonilo
Aldehído
RC(=O) H
Cetona
RC(=O)R *
Grupo Carboxilo
Acido Carboxílico
R-COOH
Grupo Acilo
Ester
R-COO-R*
Grupo Amino
Amina
R-NR2
Estructur a
En este laboratorio utilizamos varios reactivos para identificar cada grupo funcional, los cuales son los siguientes;
c.- Oxidación con K2Cr2O7/H2SO4 Los alcoholes primarios y secundarios reaccionan rápidamente con ácido crómico para dar una suspensión verdosa debida a la formación de Cr (III), mientras que los alcoholes terciarios no la dan. La presencia de otras funciones fácilmente oxidable como aldehídos o fenoles pueden interferir, ya que también reaccionan con este reactivo. d.- Reacción con sodio metálico (Na) Para distinguir los alquenos de los alcoholes puede recurrirse a una pequeña propiedad de las moléculas que poseen grupos –OH .Los alcoholes al igual que el agua reaccionan con el sodio metálico (y con el litio) para dar un alcoxido de sodio (o de litio) e hidrogeno gaseoso. En consecuencia los alcoholes se detectan por el burbujeo del hidrogeno generado al reaccionar con el sodio metalico. 2ROH + 2Na(s)
2r-O-Na+ + H2(g)
Fenoles Alcoholes a.- Reacción con cloruro de acetilo reaccionan vigorosamente con cloruro de acetilo, formando un éster y desprendiendo HCl que puede detectarse con papel indicador. R-OH +CH3COCl
R-OOCH3 + HCl
b.- Reactivo de Lucas (ZnCl2/HCl concentrado) Los alcoholes terciarios reaccionan con facilidad con ZnCl2/HCl concentrado. Para dar cloruros de alquilo insolubles en agua, mientras que los secundarios reaccionan lentamente, mientras que los primarios permanecen prácticamente inertes. La prueba no es válida para alcoholes arílicos o insolubles en agua. R-OH + HCl + ZnCl2
R-Cl + H2O
Ensayo con FeCl3 la mayor parte de los fenoles dan disoluciones vivamente coloreadas (azul, verde, violeta, etc). Si el color es amarillo débil, el mismo que el del Cl 3Fe, la reacción se considera negativa. Algunos fenoles no dan coloración, como la hidroquinona, ya que se oxidan con el reactivo a quinona y no da coloración. Los ácidos a excepción de los fenólicos no dan la reacción aunque algunos dan disoluciones o precipitados de color amarillento Aldehídos y Cetonas Reacciones comunes: a. Formación de 2,4-dinitrofenilhidrazonas ambos se identifican por la formación de 2,4dinitrofenilhidrazonas por reacción con 2,4fenilhidrazina, obteniéndose un precipitado.
Si el producto cristalino es amarillo, esto es indicación de un compuesto carbonílico saturado, si se obtiene un precipitado naranja indica la presencia de un sistema α,β - insaturado y un precipitado rojo es indicativo de una cetona o un aldehído aromático.
Reacciones diferenciadoras de aldehídos a. Reactivo de Tollens el reactivo es una disolución amoniacal de AgOH que se prepara en el momento de su utilización. Las cetonas no dan esta reacción, excepto las hidroxicetonas y las dicetonas 1 -2, que son reductoras y algunos compuestos nitrogenados como las hidrazinas, hidroxilaminas, amino fenoles, que no están comprendidos en este grupo, por lo que no interfieren. Ag NO3 + NH4NH
Ag (NH3)OH
R-CHO + 2Ag (NH3) OH R-COOH +2NH3+ 2Ag (espejo) + H2O Las cetonas no dan esta reacción, excepto las hidroxicetonas y las dicetonas 1 -2, que son reductoras y algunos compuestos nitrogenados como las hidrazinas, hidroxilaminas, amino fenoles, que no están comprendidos en este grupo, por lo que no interfieren. METODO
Materiales 12 tubos de ensayo pequeños Tapones 2 vasos de precipitado de 50ml 2 pipetas 1 pipeta graduada de 5ml 1 probeta 2 matraces aforados de 100ml 2 matraces aforados de 50ml 1 matraz Erlenmeyer de 50ml 1 varilla de vidrio 1 espátula 1 gradilla para tubos de ensayo Reactivos n-heptano (alcano) ciclohexeno (alqueno) etanol o n-butanol (alcohol) acetona o 2-butanona (cetona) ácido acético (ácido carboxílico) dietilamina (amina) Permanganto de potasio KMnO4} Nitrato de plata AgNO3 Hidróxido de sodio NaOH Amoniaco NH3 Etanol Ácido sulfúrico Ácido nítrico HNO3 2,4-dinitrofenilhidrazina Sodio metalico Fenolftaleína Rojo de metilo Azul de bromotimol Amarillo de metilo Azul de timol PROCEDIMIENTO Se enumeran 10 tubos de ensayo pequeños y se colocan en ellos las sustancias en la cantidad indicada, como se indica a continuación;
Tabla 2. Sustancias para analizar y cantidades Tubo N°
Sustancia
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Ácido acético Agua destilada Hexametilamina Acetaldehído Ciclohexeno Acetaldehído Ciclohexeno Acetona Etanol n-heptano
Volumen/got as 10 10 10 10 10 2 2 10 20 20
Se proceden a realizar las pruebas que a continuación se indican: Se adicionan 10 gotas de agua destilada a los tubos 1-3, se mezcla perfectamente y se agrega una gota del indicador universal. Recuérdese que: • Si la disolución se torna roja, hay un ácido carboxílico presente. • Si la disolución se torna azul-verdosa, hay una sustancia básica presente, muy probablemente una amina. • Si la disolución se torna amarillo-verdosa o amarillo-anaranjada, la solución es neutra y puede tratarse de un alcano, un alqueno, un aldehído, una cetona o un alcohol. Si éste es el caso, proceda a la siguiente etapa.
• Si se observa la formación de una capa de precipitado, el espejo de plata, se trata de un aldehído. • Si no se observa precipitado alguno, se trata de un alqueno. Se agregan 2.0 mL de disolución de 2,4dinitrofenilhidrazina (precaución: es tóxica) al tubo 8, se agita vigorosamente y se deja reposar por dos minutos. Si no se forma de in-mediato un precipitado, deberá dejarse reposar hasta 15 minutos. • Si se observa la formación de un sólido amarillo-anaranjado, la reacción ha ocurrido y se trata de una cetona. • Si no se observa precipitado alguno (ignore la turbidez), la reacción no ha ocurrido y se trata de un alcano o de un alcohol. Se agrega a los tubos 9 y 10 una pequeña pieza de sodio metálico (precaución: el sodio metálico debe manejarse con cuidado y alejarse del agua). Agítese suavemente por unos 15 segundos y obsérvese si ocurre alguna reacción. • Si el sodio metálico se disuelve y hay burbujeo, se trata de un alcohol. • Si no se observa reacción alguna, se trata de un alcano. Por otro lado, las muestras dados por el jefe de practica fueron analizados siguiendo los pasos antes mencionados. Alcanos:
Se agregan 10 gotas de agua destilada y 5 gotas de disolución 0,02 M deKMnO4 a los tubos 4 y 5. Se agita suavemente cada tubo por aproximadamente un minuto. • Si después de este tiempo se observa la formación de un precipitado color café (MnO2), se trata de un aldehído o de un alqueno. • Si no ocurre cambio de color y la mezcla permanece de color violeta oscuro, ello indica que no ocurrió reacción y que se trata de un alcano, un alcohol o una cetona. Se agregan 2.0 mL de reactivo de Tollens a los tubos 6 y 7, se agita suavemente por dos minutos y se deja reposar por otros 5 minutos.
H2SO4 Br2/CCl4 No reacciona, ojo alcano + Br2 MnO4reacciona con la luz Alquenos: aparición de solido marron R2C=CR2 + MnO4(violeta)
R2C=CR2 + Br2(rojo)
-C-C- +
MnO2 amarillo OH OH color marrón -C-C- (incoloro decoloración Br Br inmediata)
R2C=CR2 + H2SO4
-C-C- (se disuelve en el alqueno) SO3 H
Alcoholes y Fenoles:
(incoloro) Alcoholes: Na CH3CH2OH
Fenol + Fe3+ R-OH + Fe3+ color)
Etoxido de sodio Base fuerte (blanco) Reacción exotérmica y hay liberación de H2.
complejo de color violeta no reacciona (no cambia de
Halogenuros de Alquilo:
CH3CH2O- Na+ + H2(g)
Muestras de 3 grupos distintos: Prueba de inflamabilidad
R+NO3 + Ag+X(Halogenuro de plata) Depende de la velocidad (1°, 2° o 3°) utilizamos C2° y C3° R-X + AgNO3(alc)
cloruro de terbutilo CH3 CH3
C
Alcano n-heptano Solo prende
cloruro ciclohexilo
arroja poco la combustión carbón arroja más carbón
Cl
En este laboratorio pudimos tenemos un mejor idea de identificar los grupos funcionales orgánicos siempre y cuando no nos engañe nuestros sentidos, ya que nos induciría a un error.
El burbujeo del sodio metálico nos indicaba la presencia de alcohol; sin embargo, hay que tener mucho cuidado de no hacer reaccionar el sodio metálico con el agua.
La 2,4-dinitrofenilhidrazina, gracias a los coloridos compuestos de hidrazonas, puede reaccionar directamente con el grupo carbonilo, pues ocurre una sustitución en el doble enlace.
precipita lento
Compuestos Carbonilos: Aldehídos y Cetonas Acetaldehído + Ag(NH3)2+ (RCHO) (tollens) Cetona + Ag(NH3)2+ (RCOR) (tollens)
Tolueno
CONCLUSIONES:
CH3
Cl Precipita más rápido
Ciclohexeno
espejo de plata hay un H reductor no hay reaccion
Aldehído + 2,4-dinitrofenilhidrazina precip. de color amarillo Cetona + 2,4-dinitrofenilhidrazina precip. de color naranja Aldehido + schiff colorea rosa (toxico) (incoloro) Cetona + schiff no reacciona (violeta claro)
BIBLIOGRAFIA: Wade Química Orgánica. Quinta Edición Capitulo2. http://www2.uca.es/grupinvest/corrosio n/integrado/P15.pdf http://www.ugr.es/~quiored/doc/p14.df
CUESTIONARIO 1.- Proponga cuatro ensayos sencillos que permiten distinguir un alqueno de un alcano Alcano Alqueno Alqueno
Alcano Alqueno
H2SO4 concentrado
No
Bromo/CCl4 (Rojo)
Si
No Alqueno
Alqueno
Alqueno
Alcano Alqueno
Alqueno
Alqueno (Incoloro)
Alcano Alqueno H20/H+
KMnO4 (Violeta) No
Si
Si
No
Alqueno (Pardo)
Alqueno
Si
Alcohol
Na Metálico
Hidrogeno (Burbujeo)
2.- Construya una tabla que indique reacciones sencillas y el signo visible que pueda observarse en ellas para diferenciar: n-pentano, 1-penteno y 1 pentino.
n-pentano 1-penteno 1-pentino H2SO4 concentrado
No
Si
n-pentano (dos fases)
1-penteno 1-pentino ( una fase) Ag(NH3)2+ No
Si
1-penteno (dos fases)
1-pentino Precipitado Blanco
3.- Sugiera ensayos químicos sencillos para distinguir entre: a) 1-pentanol y n-hexano b) n-butanol y t-butanol c) 1-butanol y 2-buten-1-ol d) 1-hexanol y 1-bromohexano
a)
b)
1-pentanol n-hexano
n-butanol t-butanol
Cr2O72-/H+ (anaranjado)
No
n-hexano ( dos fases)
Si
1-pentanol (rápida-verdeazulada)
Cr2O72-/H+ (anaranjado)
No
t-butanol (dos fases)
Si n-butanol (rápida-verdeazulada)
c)
d)
1-butanol 2-buten-1-ol
1-hexanol 1-bromohexano Cr2O72-/H+ (anaranjado)
KMnO4 (Violeta) No
Si
1-butanol ( dos fases)
No
2-buten-1-ol (pardo)
1-bromohexano ( dos fases)
Si
1-hexanol (rápida-verdeazulada)
4.- Proponga ensayos químicos sencillos y claros que permitan diferenciar los siguientes líquidos incoloros: 1. Pentanal y pentano 2. Acido acético y decano
Pentanal Pentano
1.-
No
Pentano (2 fases)
Acido Acético Decano
2.-
Reactivo de Schiff (incoloro) Si
Pentanal (color rojizo)
Indicador Universal No
Decano (Amarillo)
Si Acido Acético (Rojo)
5.- Describa ensayos químicos sencillos que permitan distinguir entre:
n-valeraldehido y dietilcetona ciclohexanona y ciclohexil metil éter 2-pentanona y 3 pentanona 1,3-pentadieno y 1-pentino 1-cloro-1-buteno y 1-clorobutano Ciclohexano y benceno 2-pentanona y 2-pentanol
Fenol y ciclohexanol Pentano y 2-penteno 2-butino y 1-butino Pentano y éter etílico Pentanal,2-pentanona Acetona y propanaldehido
n-valeraldehido dietil cetona
Ciclohexanona Ciclohexil metil éter
2,4-dinitrofenilhidrazina
No
Si
n-valeraldehido (2 fases)
2,4-dinitrofenilhidrazina
No
Dietil cetona (solido amarillo)
Si
Ciclohexil metil eter (2 fases)
2-pentanona 3-pentanona
1,3-pentadieno 1-pentino
2,4-dinitrofenilhidrazina
Si
Si
2-pentanona (solido amarillo fuerte)
Ag(NH3)2+
No
3-pentanona (solido amarillo)
Si
1,3-pentadieno (2 fases)
1-cloro-1-buteno 1-clorobutano
1-clorobutano (2 fases)
Si
1-cloro-1-buteno (incoloro)
1 pentino (solido blanco)
Ciclohexano benceno
Bromo/CCl4 (Rojo) No
ciclohexanona (solido amarillo)
H2SO4 concentrado
No
Ciclohexano (dos fases)
Si
Benceno (una fase)
2-pentanona 2-pentanol
Pentano 2- Penteno
Reactivo de Brady No
Si
2-pentanol (2 fases)
2-pentanona (precipitado amarillo)
Bromo/CCl4 (Rojo) No
Si
Pentano (2 fases)
2-butino 1-butino
Pentano Éter etílico
Ag(NH3)2+
No
H2SO4 concentrado
Si
2-butino (2 fases)
1-butino (precipitado blanco)
No
Éter etílico (una fases)
acetona propanaldehido
Reactivo de Schiff (incoloro)
2-pentanona (2 fases)
Si
Pentano (2 fases)
Pentanal 2-pentanona
No
2-penteno (incoloro)
Si
Pentanal (Color rojo)
Reactivo de Schiff (incoloro) No
Acetona (2 fases)
Si
propanaldehid o (Color rojo)
6.-Si una sustancia dio positivo la prueba de la 2,4-DNFH pero se tiene duda de si es una cetona o un aldehído, ¿de qué manera resolvería usted la incógnita? Sabiendo el concepto claro de todos los ensayos químicos sencillos para identificar grupos funcionales orgánicos podríamos utilizar el reactivo de Tollens para distinguir el aldehído presente en la muestra produciéndose la formación de una película plateada o espejo en el recipiente de la muestra
