Guía de Laboratorio: Alcoholes, Aldehídos y Cetonas

LABORATORIO DE QUÍMICA ORGANICA 502502
GUÍA No 5: Reconocimiento de alcoholes, aldehídos y cetonas
I. PROBLEMA
Reconocer e identificar alcoholes con reacciones cualitativas en las que interviene el grupo
funcional OH.
Diferenciar entre alcoholes primarios, secundarios y terciarios utilizando reacciones de alcoholes
que se ven influenciadas por las cadenas carbonadas.
Reconocer e identificar aldehídos por reacciones cualitativas del grupo CHO
Reconocer e identificar cetonas usando reacciones en la que interviene el grupo carbonilo de
las cetonas
II. FUNDAMENTO TEORICO
Los compuestos orgánicos que contienen carbono, hidrógeno y oxígeno, constituyen un
grupo grande de familias entre las que se encuentran: los alcoholes, los fenoles, los
éteres, los epóxidos, los peróxidos, los aldehídos, las cetonas, los ácidos carboxílicos,
ésteres y anhídridos.
Todas estas familias tienen gran importancia tanto a nivel industrial como biológico. No
obstante los alcoholes, aldehídos, cetonas y los ácidos carboxílicos merecen particular
atención por su amplia distribución en la naturaleza y su importante función en el
metabolismo celular.
Por tal razón es importante reconocer dichos compuestos y diferenciarlos según sus
características estructurales y de reactividad química.
Alcoholes
Los alcoholes son compuestos orgánicos que se caracterizan por tener el grupo funcional
HIDROXILO (-OH) y pueden ser primarios, secundarios o terciarios, según la naturaleza del
carbono al que se encuentre unido dicho grupo. Por lo tanto además de reconocer la presencia
del grupo funcional, es necesario distinguir qué tipo de alcohol es.
Con los ensayos preliminares, particularmente si el compuesto analizado decolora la solución de
permanganato de potasio y no adiciona bromo, es posible que se trate de un alcohol, puesto que
son sustancias fácilmente oxidables. No obstante es de anotar que a diferencia de los alquenos
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los alcoholes en las condiciones del ensayo, se toman un poco más de tiempo,
aproximadamente cinco minutos, para dar la prueba positiva.
De acuerdo con lo anterior para verificar si se trata de un alcohol, se deben efectuar otras
pruebas como las siguientes:
Ensayo del xantato: Los alcoholes pueden determinarse cualitativa y cuantitativamente, haciendo
reaccionar los alcóxidos de sodio o potasio, con bisulfuro de carbono (CS2), para así formar
productos insolubles, conocidos como xantatos. Las reacciones que tienen lugar son:
ROH + KOH
ROK + H2O
ROH + CS2
ROCSSK(S)
La reacción debe efectuarse utilizando éter etílico como medio, puesto que los xantatos son
insolubles en éter y de esta manera se puede apreciar el precipitado que producen.
Los xantatos de alcoholes terciarios se hidrolizan fácilmente, pero el precipitado que se forma se
alcanza a observar. Igualmente se debe tener en cuenta que las cetonas que pueden formar
enoles, dan positivo el ensayo.
Ensayo con vanadato-oxina: Los alcoholes, aunque estén mezclados con otros compuestos
como hidrocarburos, éteres, cetonas y compuestos halogenados, son reconocidos mediante la
formación de un complejo de coloración roja con una mezcla de 8-hidroxiquinolina (oxina) y
vanadato de amonio.
Se debe tener en cuenta que algunos alcoholes solubles en agua no dan reacción en forma
apreciable, igualmente ocurre con el alcohol alílico y los aminoalcoholes. El alcohol terbutílico da
coloración carmelita-rojiza.
Ensayo con anhídrido crómico: El anhídrido crómico en medio ácido es un agente oxidante que
convierte los alcoholes primarios en ácidos carboxílicos y los secundarios en cetonas, los
alcoholes terciarios no se oxidan en estas condiciones. Al ocurrir la oxidación de los alcoholes, el
cromo se reduce a Ion crómico que tiene coloración anaranjada, de acuerdo con las siguientes
reacciones:
3 R-CH2-OH + 4 CrO3 + 2 H2 SO4
3 R2-CH-OH + 2 CrO3 + 3 H2 SO4
3 RCOOH + 2 Cr2(SO4)3 + 9 H2O
anaranjado
3 R2CO + Cr2(SO4)3 + 6 H2O
anaranjado
Ensayo de Lucas: El ensayo se basa en la formación de un haluro de alquilo insoluble, que se
produce muy rápidamente con alcoholes terciarios, más lentamente con los secundarios y no se
forma con los primarios, en las condiciones de la prueba. Las reacciones generales son:
R3C-OH + HCl
R3-C-Cl(S) + H2O Rápidamente
R2CH-OH + HCl
R2-CH-Cl(S) + H2O Más lentamente
R-CH2-OH + HCl
R-CH2-Cl(S) + H2O No se forma en las
condiciones de la
prueba
Aldehídos y cetonas
Los aldehídos y cetonas tienen como grupo funcional el grupo CARBONILO (-CO-), que se
caracteriza por sus reacciones de adición nucleofílica.
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Para el reconocimiento de aldehídos y cetonas, se hace inicialmente una prueba general para
compuestos carbonílicos con 2,4-dinitro-fenil-hidrazina, que conduce a la formación de las 2,4dinitro-fenil-hidrazonas correspondientes, que son sólidas. La formación del precipitado es
prueba positiva para aldehídos y cetonas. En consecuencia para diferenciarlos se deben efectuar
otros ensayos como los de Fehling, Tollens y Schiff.
Ensayo con 2,4-dinitro-fenil-hidrazina:
Con cetonas:
RR’-C=NNC6H3(NO2)2 + H2O
Cristales coloreados
R-CO-R + H2NNC6H3(NO2)2
Con aldehídos:
R-CHO + H2NNC6H3(NO2)2
R-CH=NNC6Hn(NO2)2 + H2O
Cristales coloreados
Ensayo con el reactivo de Fehling: El reactivo de Fehling proporciona, a partir de la mezcla de
dos soluciones al momento de usar, el ion cúprico que en medio alcalino en forma de un
complejo cupro-tartárico, que oxida a los aldehídos pero no a las cetonas, de acuerdo con la
siguiente reacción:
COONa
COONa
HC-O
HC-OH
Cu
+
NaOH
+
R-CHO
R-COONa
HC-O
+
2
+
HC-OH
COOK
Cu2O(S)
Rojo
COOK
La formación del precipitado rojo de óxido cuproso es prueba positiva para aldehídos.
Ensayo con el reactivo de Tollens: El reactivo de Tollens contiene el ion plata en forma de un
complejo amoniacal. El ion plata se reduce a plata metálica, formando un espejo de plata, en
presencia de aldehídos que se oxidan hasta los correspondientes ácidos que forman a su vez las
sales. También se reduce en presencia de azúcares que son fácilmente oxidables. Las cetonas
pueden dar la prueba positiva solamente si se hace un calentamiento excesivo.
2 Ag(NH3)2NO3 + R-CHO + 3 NaOH
R-COONa + 2 NH3 + 2 NaNO3 + 2 NH4OH + Ag
III. TEMAS DE CONSULTA
1
Complete los cuadros de reacciones donde muestre que espera obtener en cada uno de los
ensayos propuestos en el procedimiento, escriba la ecuación química. Ejemplo:
Tabla No 1: Identificación de alcoholes
compuesto
reactivo
1
observaciones
Reacción química
Los cuadros deben llevarse diligenciados antes de la práctica
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Tabla No 2: Diferenciación de alcoholes
compuesto
reactivo
observaciones
Reacción química
Tabla No 3: identificación de aldehídos y cetonas
compuesto
reactivo
observaciones
Reacción química
Tabla No 4: Diferenciación entre aldehídos y cetonas
compuesto
reactivo
observaciones
Reacción química
Elabore el preinforme con las siguientes indicaciones:
Influencia del grupo funcional (Hidroxilo, Carbonilo y Carboxilo) en las propiedades
físicas como solubilidad en agua y en solventes orgánicos, puntos de ebullición y/o de
fusión de las respectivas familias de compuestos orgánicos: Alcoholes, Aldehídos,
Cetonas, Ácidos carboxílicos y sus derivados.
Cadenas de oxidación que relacionan las familias de los compuestos orgánicos
estudiados.
Ficha técnica de la 2,4-dinitro-fenilhidrazina, disulfuro de carbón, etanol, isopropanol,
terbutanol, benzaldehído, acetaldehído, acetona, benzofenona 8-hidroxiquinolina,
resorcinol, orcinol y α–naftol, ácido acético, anhídrido acético, benzoato de sodio y
acetato de etilo.
IV. MATERIALES
Por grupo
6 tubos de ensayo
Una Pipeta graduada de 1 ml
Una pipeta graduada de 5 ml
Un vaso de precipitados de 500 ml
Una Varilla de vidrio
Una plancha de calentamiento
Una radilla para tubos de ensayo
Una pinza metálica para tubo de ensayo
Un aro con nuez
Una espátula
Perlas de vidrio
De uso común
Plancha de calentamiento
Una pipeta para cada reactivo.
Reactivos
KOH en lentejas
Bisulfuro de carbono
Eter etílico
Benceno
Etanol al 95%
Butanol
2-butanol
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Terbutanol
Benzaldehído
Acetaldehído
Acetona
Acetofenona
Muestras problema2
En frascos gotero:
Solución de vanadato de amonio (300 mg/l)
Solución de oxina (8-hidroxiquinolina al 2.5% en ácido acético al 6%)
Solución de anhídrido crómico en ácido sulfúrico: (25 g de anhídrido crómico cro3 se disuelven en
25 ml de ácido sulfúrico concentrado y ésta mezcla se añade a 75 ml de agua destilada)
Reactivo de Lucas
Reactivo 2,4-dinitrofenilhidrazina: (disolver 3 g de 2,4-dinitrofenilhidrazina en 15 ml de ácido
sulfúrico, ésta solución se añade con agitación fuerte sobre una mezcla previamente preparada
de 20 ml de agua con 70 ml de etanol al 95%)
V. PROCEDIMIENTO
Alcoholes
Realice todos los ensayos que se describen a continuación en tubos de ensayo LIMPIOS y
SECOS, con cada uno de los siguientes alcoholes: BUTANOL, 2-BUTANOL y TERBUTANOL.
Ensayo del xantato: Coloque 0,5 ml de alcohol, agregue una lenteja de KOH y caliente
cuidadosamente al baño maría hasta que la lenteja se disuelva. ENFRÍE el tubo y agregue 1
ml de éter etílico. Agregue luego gota a gota BISULFURO DE CARBONO hasta que se
forme un precipitado amarillo pálido. El precipitado se debe formar con la adición de máximo
0,5 ml de bisulfuro.
Ensayo con vanadato-oxina: Disuelva 5 gotas de alcohol en 1 ml de benceno, adicione
0,5 mL de solución de vanadato de amonio y 2 o 3 gotas de solución de oxina, mezcle bien y
deje reposar por dos minutos. La formación de un color rojo en la capa de beceno indica la
presencia de un alcohol.
Ensayo con anhídrido crómico: Disuelva 5 gotas de alcohol en 1ml de acetona y agregue
1 gota del reactivo solución de anhídrido crómico en ácido sulfúrico. En otro tubo de ensayo
coloque 1 ml de acetona y 1 gota del reactivo, para usarlo como blanco. Los alcoholes
primarios y secundarios dan una suspensión opaca con coloración verde o azul en 2
segundos. Los alcoholes terciarios, no dan reacción visible en los dos segundos, la solución
permanece igual que el blanco de control. Descarte los cambios que puedan ocurrir después
de los dos segundos.
Ensayo de Lucas: En un tubo de ensayo coloque 2 ml del reactivo de Lucas, agregue 3
gotas del alcohol y agite vigorosamente, deje reposar la mezcla a temperatura ambiente.
Observe la turbidez debida a la formación del cloruro de alquilo. Los alcoholes terciarios
reaccionan inmediatamente, los secundarios a los 2 0 3 minutos y los primarios después de
mucho tiempo.
Aldehídos y cetonas
Realice todos los ensayos que se describen a continuación en tubos de ensayo LIMPIOS y
SECOS, con cada uno de los siguientes compuestos: ACETALDEHÍDO (ETANAL),
2
El profesor le asignara una muestra problema a cada grupo de estudiantes.
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BENZALDEHÍDO, ACETONA (2-PROPANONA O DIMETIL-CETONA) y ACETOFENONA
(FENIL-METIL-CETONA).
Ensayo con la 2,4-dinitrofenilhidrazina: disuelva 2 gotas o aproximadamente 10 mg del
compuesto en 0,5 ml de etanol al 95%. En otro tubo de ensayo coloque 1 ml del reactivo de
2,4-dinitrofenilhidrazina y sobre éste agregue la solución del compuesto previamente
preparada, agite fuertemente, la formación de un precipitado amarillo-naranja o amarillorojizo antes de 10 minutos es prueba positiva para aldehídos y cetonas.
Ensayo con el reactivo de Fehling: Mezcle 1 ml de reactivo de Fehling A con 1 ml de
reactivo de Fehling B, a esta mezcla añádale 3 gotas o 10 ml del compuesto. Caliente en
baño maría a ebullición por 3 minutos. La formación de un precipitado rojizo de óxido
cuproso es prueba positiva para aldehídos.
Ensayo con el reactivo de Tollens: En un tubo de ensayo coloque 2 ml del reactivo de
Tollens recientemente preparado, y agregue 5 gotas o 50 mg del compuesto. Mezcle bien y
deje reposar durante 10 minutos. Si no ocurre nada, caliente en baño de agua caliente a
35°C durante 15 minutos. Un espejo de plata o un precipitado negro es prueba positiva para
aldehídos.
El profesor le asignará una muestra problema para identificar y clasificar.
En un papel escriba el número de la muestra problema, las reacciones que utilizó y los
resultados que obtuvo, diga si el problema corresponde a: un alcohol primario, secundario o
terciario o a: un aldehído o a una cetona, entréguelo antes de terminar el laboratorio.
VI. GUÍA DE INFORME
Elabore dos tablas con los resultados de los ensayos realizados, una para alcoholes, otra para
aldehídos y cetonas.
Compare en cada tabla los resultados obtenidos con los compuestos analizados en cada ensayo
y establezca claramente el tipo de reacción y su relación con la estructura química.
Analice si los resultados obtenidos están de acuerdo con lo esperado en cada caso.
Escriba las reacciones que ocurrieron en cada caso.
¿Cuales reacciones utilizaría como reconocimiento y diferenciación entre un alcohol un aldehído
y una cetona? Escríbalas.
¿Qué reacciones utilizaría para diferenciar un alcohol terciario de una primario?. Escríbalas
¿Qué reacciones utilizaría para diferenciar una cetona de un aldehído?. Escríbalas
Consulte para el etanol, metanol, Formaldehído, Acetaldehído y 2-propanona (Acetona), sus
fuentes, importancia biológica y aplicación industrial.
Consulte cómo se explica la alta toxicidad del Metanol frente al Etanol, siendo ambos alcoholes,
que sólo se diferencian en un átomo de carbono.
Consulte las dosis de Metanol que causan en humanos ceguera y muerte por ingestión.
Describa el análisis y las reacciones que siguió para identificar la muestra problema, si ya
conoce el nombre del compuesto problema discuta los resultaos reportados.
VII. BIBLIOGRAFÍA
Hart H., Craine L. y Hart. D. Química Orgánica. McGraw Hill. Novena edición. España. 1997.
McMurry, J. Química Orgánica. Quinta edición, Thomson editores, México, 2001
The Merck Index: an encyclopedia of chemical. Drugs and Biologicals. Budavari S. Guide for
safety in the Chemical Laboratory.
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