laboratorio de quimica organica aplicada practica # 3 identificación

Laboratorio de Química Orgánica Aplicada.
Práctica 3. Identificación de Compuestos Orgánicos.
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LABORATORIO DE QUIMICA ORGANICA APLICADA
PRACTICA # 3
IDENTIFICACIÓN DE COMPUESTOS ORGÁNICOS
OBJETIVOS
Al finalizar la práctica el alumno será capaz de:
1. Verificar experimentalmente la teoría ya estudiada relativa a la identificación de los principales grupos
funcionales en compuestos orgánicos, con base en pruebas de ignición, de solubilidad y de algunas
reacciones características.
2. Interpretar los resultados obtenidos.
3. Identificar los grupos funcionales de compuestos orgánicos problema.
4. Confirmar los resultados obtenidos interpretando el espectro de infrarrojo del compuesto problema.
5. Aplicar creativamente estas pruebas de identificación en la vida profesional.
INFORMACION GENERAL
Uno de los retos más excitantes que enfrentan químicos e ingenieros químicos es la identificación de los
compuestos orgánicos. Hasta la fecha se han preparado o aislado aproximadamente cinco millones de
compuestos orgánicos. La identificación de estos materiales es de gran importancia; en las industrias química
y de la transformación la identificación de las materias primas y de los productos es indispensable; ¡y parece
ser una labor insuperable! Sin embargo, la mayoría de estas sustancias pueden agruparse en un número
relativamente pequeño de clases. El ingeniero químico, trabajando con el químico, tiene a su disposición un
enorme banco de datos de información química y espectroscópica que se ha obtenido a través de los años. La
química forense (la identificación de drogas y otro tipo de evidencia policiaca), la química ambiental
(identificación de contaminantes tóxicos, entre otros), el desarrollo de productos farmacéuticos, el desarrollo
de nuevos polímeros, las áreas de investigación y desarrollo y de control de calidad de las empresas, sólo para
nombrar algunas, dependen, en gran parte, de la habilidad de aislar, purificar e identificar compuestos
químicos específicos.
La tarea de identificación se basó originalmente en las características de solubilidad de los compuestos y en
ciertas pruebas químicas que pueden utilizarse para detectar la presencia de algunos grupos funcionales.
Actualmente se utilizan extensamente técnicas espectroscópicas tales como infrarrojo, resonancia magnética
nuclear, ultravioleta, visible y espectrometría de masas.
En este experimento se utilizarán las pruebas básicas de ignición, de solubilidad y químicas, que pueden
usarse para identificar los principales grupos funcionales. Estos grupos incluyen alcanos, alquenos,
halogenuros de alquilo y arilo, alcoholes, aldehídos, cetonas, ácidos carboxílicos, derivados de ácidos y
aminas. En este experimento los compuestos que serán probados, tanto los testigos como los problemas, ya
están puros.
Al llevar a cabo el análisis de un compuesto desconocido se debe seguir un enfoque sistemático. Una
secuencia posible es la siguiente:
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1. Pruebas preliminares para determinar sus constantes físicas; para el caso de los sólidos se determina el
punto de fusión, y para los líquidos el punto de ebullición y, si es posible, el índice de refracción y la
densidad.
2. Prueba de ignición para determinar la naturaleza general del compuesto.
3. Características de solubilidad de la sustancia. Esta prueba puede dar información útil relativa a la
estructura del compuesto orgánico.
4. Pruebas químicas para ayudar a identificar otros elementos del compuesto, distintos al carbono;
además de hidrógeno y oxígeno, también frecuentemente se encuentran en los compuestos orgánicos
nitrógeno, fósforo, azufre y los halógenos.
5. Pruebas de clasificación para determinar los grupos funcionales más comunes presentes en la
molécula. La mayoría de estas pruebas pueden realizarse usando unas cuantas gotas de un líquido o unos
cuantos miligramos de un sólido. Un beneficio adicional, especialmente en relación a la detección química de
grupos funcionales, es que con estas pruebas puede obtenerse una cantidad enorme de información química.
Para una aplicación exitosa se requiere desarrollar la habilidad de pensar de forma analítica y crítica, para
aprender a interpretar el significado de cada resultado, basándose en las observaciones realizadas.
6. Cuando se dispone de métodos espectroscópicos, se puede empezar por obtener un espectro de infrarrojo
de la muestra y, de acuerdo a la información obtenida, se pueden obtener los espectros de UV-visible, de
resonancia magnética nuclear (RMN) y de masas, cuando se tenga acceso a estos equipos.
Es importante darse cuenta que los resultados negativos son tan importantes como los positivos para clasificar
e identificar un compuesto dado. Cultive el hábito de seguir un orden establecido para no perder información.
Desarrolle un esquema lógico de trabajo, dependiendo del tipo de compuesto del que se trate, y sígalo. Al
ganar experiencia en este tipo de tarea, la etapa de planeación será más sencilla. Registre todas las
observaciones y resultados de las pruebas en su hoja de resultados. Revise esta información al llevar a cabo la
secuencia de pasos. Esto sirve para mantener la ruta correcta para tener éxito en su análisis.
En este experimento tendrá disponible una serie de compuestos conocidos (testigos),con los que llevará a
cabo las pruebas; de esta manera podrá observar y registrar cómo se comporta cada tipo de compuestos en las
condiciones experimentales. Este ejercicio se repetirá con compuestos desconocidos (dos problemas por
equipo) para deducir la clase a las que pertenecen.
TECNICA
1. Pruebas preliminares
Determinación de puntos de fusión con el aparato de Fisher-Jones
Si su muestra desconocida es una sustancia sólida, determine su punto de fusión en un aparato de FisherJones. El procedimiento es el siguiente:
1.
Ponga una cantidad muy pequeña (del tamaño de la cabeza de un alfiler) del problema A en un
cubreobjetos redondo (a unos 5 mm del borde) y en el mismo cubreobjetos, suficientemente separado,
haga lo mismo con el problema B.
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2.
3.
4.
5.
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Cubra las muestras con otro cubreobjetos redondo, póngalos en la placa de calentamiento del aparato de
Fisher-Jones. Con la uña presione ligeramente el cubreobjetos superior, para que las muestras se
extiendan un poco, formando una capa delgada.
Controle la velocidad de calentamiento con la perilla. En la posición 30, la temperatura se llegará a elevar
(muy lentamente al final) hasta cerca de 200º C. Si el punto de fusión de la muestra es desconocido,
caliente más rápidamente para obtener un punto de fusión aproximado y repita la determinación con una
muestra nueva a la velocidad adecuada. La velocidad de calentamiento cercana al punto de fusión no debe
ser mayor de 2º/min.
Al acabar de fundir la muestra apague el aparato y verifique que la temperatura no suba más de dos
grados. Si el incremento es mayor, el punto de fusión determinado no es confiable, ya que la
transferencia de calor a través del vidrio es lenta, por lo que la temperatura de la muestra al fundir no
corresponde con la lectura del termómetro.
Registre los rangos de fusión en la hoja de resultados.
Determinación de puntos de ebullición por la técnica de microescala
Si el compuesto problema es un líquido, se determina su punto de ebulliciónmediasntye el siguiente
procedimiento:
1.
2.
3.
4.
5.
La muestra se pone en un tubo pequeño (4 x 0.5 cm) que contiene un tubo capilar sellado e invertido.
Se sujeta el tubo al termómetro con una ruedita de hule cortada de una manguera.
El termómetro se pone, sujetándolo con una pinza, en un vaso de precipitados de 10 mL conteniendo
aceite mineral. La muestra debe quedar sumergida en el aceite pero éste no debe tocar la liga.
Se calienta lentamente con parrilla.
El punto de ebullición es la temperatura a la que sale un rosario de burbujas de aire del capilar o, mejor
aún, la temperatura a la que salen las últimas burbujas y entra líquido al capilar cuando se suspende el
calentamiento.
Color y olor de la muestra
Ya que la mayoría de los compuestos orgánicos no tienen color, esta característica puede ser un dato
importante para la identificación de la muestra. Sin embargo, se debe interpretar con precaución, pues la
presencia de pequeñas cantidades de impurezas puede colorear una muestra. Por ejemplo, la anilina recién
destilada es incolora, pero después de un tiempo una pequeña fracción se oxida y colorea a la muestra entera
de un color café-rojizo que, con mayor envejecimiento, puede llegar hasta negro.
También el olor de la muestra puede dar algunos indicios sobre su naturaleza.
2. Pruebas de ignición
La prueba de ignición se lleva a cabo colocando 1-2 mg de muestra en la punta de una espátula y
calentándolos en un mechero. No coloque la muestra directamente en la flama, caliente la espátula como a un
centímetro y acerque lentamente a la flama.
Mientras se quema la muestra, debe hacer las siguientes observaciones:
1.
Cualquier fusión o evidencia de sublimación, lo que da una idea aproximada del punto de fusión por la
temperatura necesaria para causarla.
2.
El color de la flama cuando la sustancia empieza a quemarse.
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3.
La naturaleza de la combustión (instantánea, lenta o explosiva). Una combustión rápida, casi instantánea
indica un alto contenido de hidrógeno. Una combustión explosiva indica la presencia de nitrógeno o
grupos que contienen NxOy.
4.
Características de los residuos
a. Si permanece un residuo negro que desaparece al seguir calentando a mayores temperaturas, el
residuo es carbono.
b. Si el residuo se expande durante la ignición, es indicativo de la presencia de un carbohidrato o
compuesto similar.
c. Si el residuo es inicialmente negro y permanece así después de continuar el calentamiento, es
indicativo del óxido de un metal
d. Si el residuo es blanco, es indicativo de la presencia del carbonato de un metal alcalino o alcalinotérreo o de SiO2 que proviene de un silano o silicona.
En la Tabla 1 se resumen los resultados de la prueba de ignición característicos para diferentes grupos
funcionales.
TABLA 1. PRUEBAS DE IGNICIÓN
Tipo de compuesto
compuestos aromáticos e insaturados
compuestos alifáticos de bajo peso
molecular
Compuestos con oxígeno
Ejemplo
tolueno
Observación
flama amarilla, con humo
hexano
flama amarilla, casi sin humo
etanol
Compuestos polihalogenados
cloroformo
flama clara, azulosa
no se queman hasta que el compuesto
se aplica directamente a la flama
Azúcares
Proteínas
Sales de ácidos
Organometálicos
Sales de aminas
Silanos y silicones
sacarosa
caseína
acetato de sodio
ferroceno
cloruro de benzalconio
hexametilsioxano
olor característico
dejan residuo después de quemarse
Para observar este tipo de comportamiento haga las siguientes pruebas:
1.
Para probar la naturaleza de los hidrocarburos (alifáticos y aromáticos), queme una pequeña muestra de
tolueno (aromático) y hexano (alifático). Registre sus observaciones en la tabla de resultados.
2.
Para probar la naturaleza de alcoholes, azúcares y compuestos que dejan residuos, queme por separado
pequeñas muestras de metanol o etanol, glucosa, tartrato de sodio, ferroceno (residuo de fierro),
hexametildisiloxano (residuo de SiO2). Registre sus observaciones en la tabla de resultados.
3.
Haga la prueba de ignición con sus compuestos problema. Registre sus observaciones en la tabla de
resultados.
4.
En la prueba de Beilstein la ignición se hace sobre un alambre de cobre. Esta prueba se usa para detectar
la presencia de halógenos (Cl, Br, I). Los compuestos orgánicos que contienen bromo, cloro y yodo,
además de hidrógeno, se descomponen al quemarse en presencia de óxido de cobre para producir los
correspondientes halogenuros de hidrógeno. Estos gases reaccionan con el cobre del alambre para formar
los halogenuros cúpricos correspondientes, lo que imparte un color verde o azul-verde a la flama. La
prueba es muy sensible pero tiene el inconveniente de que algunos compuestos nitrogenados y ácidos
carboxílicos también dan positiva esta prueba. El procedimiento para esta prueba es el siguiente:
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a)
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Doble la punta de un alambre de cobre para formar una superficie plana que puede actuar como
espátula. Encaje el otro extremo del alambre en un tapón de corcho para que lo utilice como
agarradera o mango. Caliente el extremo plano del alambre en la flama hasta que la coloración de la
flama sea imperceptible.
b) Coloque una gota de la sustancia desconocida, o unos miligramos de ella si es sólida, en el extremo
plano ya frío. Caliente suavemente la muestra en la flama. El carbono presente en el compuesto se
quemará primero (y la flama será luminosa) pero, después, el característico color verde o azul-verde
será evidente. Puede ser muy rápido, así que observe cuidadosamente. El fluor no se detecta, ya que
el fluoruro de cobre no es volátil.
c)
Para observar la prueba de Belstein positiva, queme una pequeña muestra testigo de cloruro de tbutilo o de bromobenceno como se indicó. Registre sus observaciones en la tabla de resultados.
3. Características de solubilidad
La determinación de las características de solubilidad de un compuesto orgánico puede dar información
valiosa respecto a su composición estructural. Esta información es especialmente útil si se correlaciona con
los datos espectroscópicos del compuesto. Se han propuesto varios esquemas para clasificar a una sustancia
de acuerdo a los grupos funcionales que contiene, y de acuerdo a la solubilidad en varios solventes. Una
versión simplificada se discute a continuación.
No hay una división definitiva para determinar si un compuesto es soluble o insoluble en un compuesto
orgánico. Sugerimos que un compuesto sea clasificado como soluble si su solubilidad es mayor de 15 mg/500
μL de solvente. Las determinaciones de solubilidad se deben llevar a cabo a temperatura ambiente en tubos
de ensaye pequeños.
Para hacer las pruebas, coloque 15 mg de muestra en un tubo de ensaye y añada, con una pipeta beral, 0.5 mL
del solvente que se está probando, dividiéndolo en tres porciones. Después de añadir cada porción, agite la
muestra vigorosamente con una varilla de vidrio por 1-2 minutos.
Al realizar las pruebas de solubilidad, siga el siguiente esquema, ilustradu en la Fig. 1, en el orden indicado.
Registre todas sus observaciones en la hoja de resultados.
1.
Prueba de solubilidad en agua. Si la muestra desconocida es soluble en agua, pruebe si la solución es
ácida o alcalina, tocando con la punta de la varilla de vidrio un pedacito de papel pH (no sumerja el
papel en la solución.). Si el papel pH cambia de naranja a rojo, la solución es ácida y si el cambio es a
verde o a azul, es alcalina. En vez de papel pH puede usarse papel tornasol (Litmus). El papel tornasol
azul vira a rojo en medio ácido y el papel rojo vira a azul en medio alcalino.
2.
Sólo si el compuesto es soluble en agua, determine la solubilidad en éter etílico. Si también es soluble en
este solvente, la sustancia puede ser un alcohol, cetona, aldehído, éster, amida o nitrilo menor de cinco
carbonos, o mayor, si es polifuncional. Si el compuesto orgánico problema es soluble en agua, pero
insoluble en éter, probablemente se tratará de un azúcar, la sal de un ácido carboxílico o sulfónico, la sal
de una amina o de un aminoácido.
3.
Si la sustancia es insoluble en agua, pruebe su solubilidad en una solución al 5% de NaOH. Si es soluble,
determine la solubilidad del compuesto en una solución al 5% de NaHCO3. El uso de bicarbonato de
sodio ayuda a distinguir entre ácidos carboxílicos (más fuertes, solubles) y fenoles (más débiles,
insolubles).
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Fig. 1.
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Esquema para las pruebas de solubilidad.
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4.
Pruebe la solubilidad de los compuestos insolubles en NaOH al 5% con HCl al 5%.
5.
Pruebe los compuestos insolubles en HCl al 5% con H2SO4 concentrado. PRECAUCIÓN: Estas
pruebas se deben hacer con especial cuidado. Si son solubles en sulfúrico, puede diferenciarse aún
más usando H3PO4 al 85% como se muestra en el esquema.
Observe que puede no ser necesario probar la solubilidad en cada uno de los solventes para clasificar una
sustancia. Sólo lleve a cabo las pruebas necesarias que permitan la clasificación. Haga sus observaciones con
cuidado y siga el orden lógico indicado.
Para observar las pruebas de solubilidad en compuestos testigo, lleve a cabo el procedimiento con tolueno,
hexano, alcohol isopropílico, cloruro de t-butilo, 2-penteno, metiletilcetona, ácido benzoico y trietilamina.
Registre sus observaciones en la tabla de resultados.
4. Prueba química para nitrógeno
La prueba con cal sodada (mezcla de cal e hidróxido de sodio) se usa para detectar la presencia de nitrógeno
en compuestos orgánicos. En un tubo de ensayo pequeño, mezcle 50 mg de cal sodada y 50 mg de MnO2.
Añada una gota del líquido desconocido o 10 mg si es un sólido. Coloque una tira húmeda de papel pH o
papel tornasol rojo sobre la boca del tubo. Sostenga el tubo con unas pinzas para el tubo de ensayo, y caliente
el contenido, haciendo un ángulo, suavemente al principio y después vigorosamente. Los compuestos que
contienen nitrógeno desprenden amoniaco. La prueba positiva se observa cuando el papel cambia a azul.
Para observar esta prueba con un testigo, queme una muestra de trietilamina o N-N-dimetilanilina como se ha
indicado. Registre las observaciones en la tabla de resultados.
5. Pruebas de clasificación
Se han desarrollado pruebas para clasificar los compuestos orgánicos por los grupos funcionales
contienen. Algunas de estas pruebas se indican en la tabla 2.
TABLA 2. PRUEBAS DE CLASIFICACIÓN
Grupos Funcionales
Alcoholes
hidrocarburos insaturados
halogenuros de alquilo
aldehidos y cetonas
ácidos carboxílicos
Aminas
Fenoles
Pruebas
prueba con nitrato cérico
oxidación de Jones
prueba de Lucas
bromo en CCl4
prueba de Baeyer
yoduro de sodio en acetona
2,4-dinitrofenilhidrazina
prueba de Tollens
prueba del yodoformo
detección de solución ácida
reacción con bicarbonato
prueba con ión cobre
prueba con ión férrico
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que
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Pruebas para alcoholes
Prueba con nitrato cérico
En esta prueba los alcoholes que contienen menos de 10 átomos de carbono, ya sean primarios, secundarios o
terciarios, dan una prueba positiva, lo que se observa por un cambio de color de amarillo a rojo.
(NH4)2Ce(NO3)6 + ROH
amarillo
(<C10)
→
[alcohol + reactivo]
complejo rojo
Coloque cinco gotas del reactivo en un tubo de ensaye pequeño. (El reactivo se prepara disolviendo 4.0 g
de nitrato cérico amónico en 10 mL de HNO3 2M; puede ser necesario calentar). Añada una o dos gotas
de la muestra a examinar (5 mg si es un sólido). Agite la mezcla con una varilla de vidrio para mezclar
los componentes y observe cualquier cambio de color.
Para familiarizarse con el resultado esperado, pruebe con tres alcoholes conocidos (elija uno de cada
clasificación) como etanol o n-propanol (primarios), isopropanol o 2-butanol (secundarios) y tert-butanol o
tert-pentanol (terciarios). Pruebe sus sustancias problema. Registre sus observaciones en la tabla de
resultados.
Oxidación de Jones
La oxidación de Jones es una prueba rápida para distinguir alcoholes primarios y secundarios de los
terciarios. La prueba positiva se observa por el cambio del color de naranja (Cr+6) a azul-verde (Cr+3):
RCH2OH (o R2CHOH) + H2Cr2O7 + H2SO4
naranja
→
Cr2(SO4)3 + RCO2H (o R2C=O)
verde azuloso
La prueba se basa en la oxidación de un alcohol primario (o un aldehido) a un ácido y la de un alcohol
secundario a una cetona.
En un tubo de ensayo pequeño coloque 1 gota de la muestra a examinar o 10 mg del sólido y añada 10
gotas de acetona. Agite la mezcla con una varilla de vidrio y añada 1 gota del reactivo de Jones
(preparada añadiendo 1 g de CrO3 en 1 mL de H2SO4 concentrado a 3 mL de agua). Agite y observe
cualquier cambio de color.
Para familiarizarse con el resultado esperado, pruebe con tres alcoholes conocidos (elija uno de cada
clasificación) como etanol o n-propanol (primarios), isopropanol o 2-butanol (secundarios) y tert-butanol o
tert-pentanol (terciarios). Haga también la prueba con un alqueno como ciclohexeno o 2-penteno. Si alguno
de sus problemas fue positivo con la prueba de nitrato cérico, lleve a cabo esta prueba con ese problema.
Registre sus observaciones en la tabla de resultados.
Prueba de Lucas
Esta prueba se usa para distinguir entre alcoholes primarios, secundarios y terciarios que tienen menos de
seis o siete átomos de carbono. La reacción es:
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R-OH + HCl + ZnCl2
Práctica 3. Identificación de Compuestos Orgánicos.
→
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RCl (insoluble) + H2O
La prueba requiere que el alcohol esté inicialmente en solución. Conforme la reacción se lleva a cabo, se
forma el cloruro de alquilo correspondiente, el cual es insoluble en la mezcla de reacción. Como resultado, la
solución se enturbia. En algunos casos se observa una fase diferente.
a)
Los alcoholes terciarios, alílicos y bencílicos reaccionan de inmediato y provocan turbidez en la
solución. Es posible ver una fase diferente del cloruro de alquilo.
b) Los alcoholes secundarios generalmente producen turbidez en 3-10 minutos. La solución puede
requerir calentamiento para observar una prueba positiva.
c)
Los alcoholes primarios se disuelven en el reactivo pero reaccionan muy, muy lentamente, de tal
modo que a los 10 minutos la solución permanece clara.
Coloque dos gotas de la muestra a examinar (10 mg si es un sólido) en un tubo de ensayo pequeño,
seguidas de 10 gotas del reactivo de Lucas. (Este reactivo se prepara disolviendo 13.6 g de ZnCl2 anhidro
en 10.5 mL de HCl concentrado mientras se enfría en un baño de hielo). Agite la mezcla con una varilla de
vidrio y deje en reposo. Observe los resultados. El alcohol puede clasificarse basándose en los tiempos
indicados anteriormente. (PRECAUCION: el HCl concentrado y aún más el reactivo de Lucas, son
corrosivos).
Para observar la prueba de Lucas, llévela a cabo con cuatro alcoholes conocidos (elija uno de cada
clasificación) como etanol o n-propanol (primarios), isopropanol o 2-butanol (secundarios) y tert-butanol o
tert-pentanol (terciarios) y también con alcohol bencílico. Registre todas las observaciones en la tabla de
resultados
Si alguna de sus muestras problema fue positivas en la prueba de nitrato cérico, lleve a cabo esta prueba con
ese problema y anote los resultados.
Pruebas para hidrocarburos insaturados
Bromo en tetracloruro de carbono
Los hidrocarburos insaturados (los que contienen dobles y triples ligaduras entre átomos de carbono) sufren
reacciones de adición con bromo:
La prueba se basa en la decoloración de una solución café rojizo de bromo en cloruro de metileno.
PRECAUCION: Lleva a cabo la siguiente prueba dentro de una campana bien ventilada. El bromo es muy
tóxico y puede causa quemaduras graves. Los hidrocarburos halogenados son tóxicos.
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En un tubo de ensaye pequeño preparado con una pipeta Pasteur, coloque dos gotas de la muestra a
examinar (o 15 mg si es sólido) seguido por 0.5 mL de cloruro de metileno. Agregue gota a gota y
agitando, una solución al 2% de bromo en tetracloruro de carbono. Si hay presente un hidrocarburo
insaturado, la solución requerirá dos o tres gotas del reactivo antes de que el color café rojizo del
bromo persista. En la ausencia de un hidrocarburo insaturado, la solución mantiene el color desde el
principio.
Los fenoles, enoles, aminas, aldehidos y cetonas interfieren con esta prueba pues pueden dar resultados
positivos.
Lleve acabo la prueba con ciclohexeno o 2-penteno para observar el cambio de color y también con sus
sustancias problema. Registre sus observaciones en la hoja de resultados.
Prueba de Baeyer
Una insaturación en un compuesto orgánico puede detectarse por la decoloración de una solución de
permanganato. La reacción produce un glicol (1,2-diol).
En un tubo de ensaye coloque 0.5 mL de acetona libre de alcohol seguida de dos gotas de la muestra a
examinar (15 mg si es un sólido). Añada gota a gota y agitando dos o tres gotas de una solución acuosa
de KMnO4 al 1%. La prueba positiva será la desaparición del color púrpura del reactivo y la
formación de un precipitado café de óxido de manganeso. Algunos grupos funcionales que sufren
oxidación con permanganato interfieren con la prueba (fenoles, aminas aromáticas, aldehidos, alcoholes
primarios y secundarios).
Para observar esta prueba, llévela a cabo con un alqueno conocido, como ciclohexeno o 2-penteno. Llévala a
cabo también con un alcohol primario o secundario y con sus dos compuestos problema. Registre sus
observaciones en la tabla de resultados.
Prueba de halogenuros alifáticos
Yoduro de sodio en acetona
Los cloruros y bromuros de alquilo primarios pueden distinguirse de los aromáticos por la reacción siguiente:
R-X + NaI
→
R-I + NaX↓
en donde X = Cl, Br
.
En un tubo de ensaye pequeño coloque 1 gota (o 10 mg) de la muestra a examinar en tres gotas de
acetona. Añada 0.5 mL del reactivo de yoduro de sodio en acetona (preparado disolviendo 3 g de NaI
en 25 mL de acetona). La prueba positiva consiste en la aparición de un precipitado de NaX en 5
minutos. Si no se observa precipitado, añada una piedra de ebullición y caliente a ~50oC por 5 minutos.
Deje enfriar y observe si la prueba es positiva.
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Los bromuros de alquilo primarios sufren una reacción SN2 en 5 minutos a temperatura ambiente, mientras
que los cloruros de alquilo primarios requieren 50oC. Los halogenuros de alquilo primarios, los cloruros y
bromuros bencílicos, los cloruros y bromuros de ácido, las α-halocetonas, α-haloamidas y α-halonitrilos dan
la prueba positiva en 5 minutos, a temperatura ambiente. Los cloruros de alquilo primarios y secundarios y
los bromuros secundarios y terciarios reaccionan a 50oC.
Para observar el resultado esperado, haga la prueba con 1-bromobutano y con bromobenceno como testigos y
con sus muestras problema. Anote lo observado en su hoja de resultados.
Pruebas para aldehidos y cetonas
Prueba de 2,4-dinitrofenihidrazina
Los aldehidos y las cetonas reaccionan rápidamente con 2,4-dinitrofenilhidrazina para formar 2,4dintrofenilhidrazonas. Estos derivados varían de color desde el amarillo intensa hasta el rojo, dependiendo del
número de dobles ligaduras conjugadas en el compuesto carbonílico.
Coloque siete o ocho gotas de reactivo de 2,4-dinitrofenilhidrazina en un tubo de ensaye. (Prepare el
reactivo disolviendo 1.0 g de 2,4-dinitrofenilhidrazina en 5.0 mL de ácido sulfúrico concentrado. Añada esta
solución lentamente y agitando, a una mezcla de 10 mL de agua y 35 mL de etanol al 95%). Añada una gota
de la muestra a examinar. Si es un sólido, añada una solución preparada disolviendo 10 mg del
compuesto en 10 gotas de etanol. Agite la mezcla con una varilla de vidrio. La formación de un
precipitado rojo o amarillo constituye una prueba positiva.
Para observar esta prueba, llévela a cabo con benzaldehido, metiletilcetona o acetofenona y con sus dos
muestras problema. Registre sus observaciones en la tabla de resultados.
Prueba de Tollens
Esta prueba implica la oxidación de los aldehidos al ácido carboxílico correspondiente, utilizando una
solución alcohólica de nitrato de plata amoniacal. La prueba positiva consiste en la formación de un espejo
de plata o un precipitado negro de plata.
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Esta prueba sólo se lleva a cabo si ya se determinó la presencia de un carbonilo (aldehido o cetona) en un
compuesto.
En un tubo de ensaye coloque 1 mL de una solución acuosa de AgNO3 al 5%, seguido de 1 gota de una
solución acuosa de NaOH al 10%. Ahora añada hidróxido de amonio concentrado, gota a gota (2 a 4
gotas) agitando, hasta que el precipitado de óxido de plata se disuelva. Añada 1 gota (o 10 mg) de la
muestra a examinar, agitando, y deje reposar durante 10 minutos a temperatura ambiente. Si no hay
reacción, coloque el tubo en un baño de arena a 40oC durante 5 minutos.
Para observar el resultado esperado, lleve a cabo la prueba con benzaldehido como testigo y si en alguna de
sus muestras problema fue positiva la prueba de la 2,4-dinitrofenilhidrazina, realícele esta prueba. Anote lo
observado en su hoja de resultados.
Prueba del yodoformo
Esta prueba se lleva a cabo si ya se determinó la presencia de un aldehido o cetona en la muestra problema.
La prueba del yodoformo implica primero la triple sustitución de los hidrógenos del metilo, seguida de una
ruptura (hidrólisis alcalina) del enlace entre el carbono del carbonilo y el del trihalometilo, formándose así un
precipitado amarillo de yodoformo (CHI3).
También es una prueba positiva para compuestos que, por oxidación, dan una metil cetona (o acetaldehido)
en estas condiciones de reacción. Por ejemplo, metilalquilcarbinoles (RCHOHCH3) como el alcohol
isopropílico, así como el acetaldehido y el etanol dan prueba positiva.
En un vial cónico equipado con un condensador de aire, coloque 2 gotas (o 10 mg) de un líquido a
examinar, seguido de 5 gotas de KOH al 5% en solución acuosa. Si la muestra es insoluble en agua,
mezcle vigorosamente o añada dioxano para obtener una solución homogénea. Caliente la mezcla en un
baño de arena a 50-60oC y añada reactivo de KI-I2 gota a gota hasta que la solución adquiera un color
café obscuro (∼1mL). Añada KOH al 10% hasta que la solución esté incolora. Después de calentar por
2 minutos, enfríe la solución y determine si se ha formado un precipitado amarillo. Si no se ha
formado, caliente por 2 minutos más. Enfríe y observe el resultado.
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Laboratorio de Química Orgánica Aplicada.
Práctica 3. Identificación de Compuestos Orgánicos.
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Para observar un resultado positivo, lleve a cabo la prueba con acetona como testigo. Si alguna de sus
muestras problema dio positiva la prueba de la 2,4-dinitrofenilhidrazina, hágale esta prueba. Registre sus
observaciones en la hoja de resultados.
Pruebas para ácidos carboxílicos
Prueba del litmus
Una solución acuosa del ácido será ácida al papel litmus, es decir, el papel tornasol azul o el papel pH
cambiarán a rojo, cuando se coloca en él una gota de la solución.
Lleve a cabo la prueba con ácido acético y con su compuesto desconocido. Registre sus observaciones en la
tabla de resultados.
Prueba del bicarbonato
Una pequeña cantidad del compuesto a examinar se coloca en un pequeño vidrio de reloj y se añade
una solución de bicarbonato de sodio al 10%. Si es un ácido, se observa el desprendimiento de
burbujas de CO2.
Para observar la prueba, llévela a cabo con ácido acético y con sus compuestos desconocidos. Registre sus
observaciones en la tabla de resultados.
Prueba para aminas
Prueba con el ión cobre
Las aminas dan una coloración verde-azul o un precipitado cuando se añaden a una solución de sulfato de
cobre acuoso.
En un tubo de ensaye coloque 0.5 mL de una solución de sulfato de cobre al 10% y añada 1 gota (o 10
mg) de la muestra a examinar. Una coloración azul-verde o un precipitado constituyen una prueba
positiva. El amoniaco también da prueba positiva.
Haga esta prueba con trietilamina como testigo para observar el resultado positivo y también con sus
problemas. Anote sus observaciones en la hoja de resultados.
Prueba para fenoles
Prueba con el ión férrico
La mayoría de los fenoles y enoles forman complejos coloridos en la presencia del ión férrico. Los fenoles
dan colores rojo, azul, púrpura o verde.
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Práctica 3. Identificación de Compuestos Orgánicos.
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En un tubo de ensaye coloque dos gotas de agua, o 1 gota de agua y 1 de etanol, o 2 de etanol, de
acuerdo a la solubilidad de la muestra a examinar. Añada una gota de la muestra si es líquida o 10 mg
si es sólida. Agite la mezcla con una varilla de vidrio. Añada una gota de una solución acuosa de FeCl3
acuoso al 2.5%. Agite y observe la formación de color. Si es necesario, añada una segunda gota de
FeCl3.
Observe el resultado de la prueba con fenol como sustancia conocida y con sus sustancias problema. Registre
sus resultados.
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Laboratorio de Química Orgánica Aplicada.
Práctica 3. Identificación de Compuestos Orgánicos.
REPORTE DE RESULTADOS
Nombres de los Alumnos:
Número del problema líquido:
Equipo:
Número del problema sólido:
A. Pruebas de Ignición
Indique lo que observó con cada uno de estos tipos de compuestos:
1. Aromáticos:
2. Alifáticos:
3. Alcoholes:
4. Azúcares:
5. Sal de un ácido:
6. Problema #
:
7. Problema #
:
A’. Prueba de Belstein
Indique lo que observó con cada uno de estos compuestos:
1. Cloruro de tert-butilo:
2. Bromobenceno:
3. Problema #
:
4. Problema #
:
B. Pruebas de Solubilidad
Indique los resultados de estas pruebas en cada uno de estos compuestos:
1. tolueno:
2. hexano:
3. alcohol isopropílico:
4. cloruro de t-butilo:
5. 2- penteno o ciclohexeno:
6. metiletilcetona:
7. ácido benzoico:
8. trietilamina:
9. Problema #
:
10. Problema #
:
C. Prueba para nitrógeno
Indique sus observaciones con:
1. trietilamina:
2. y/o N,N-dimetilanilina:
3. Problema #
:
4. Problema #
:
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PRUEBA
Práctica 3. Identificación de Compuestos Orgánicos.
PROBLEMA LIQUIDO
No.
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PROBLEMA SOLIDO
No.
Pruebas Preliminares:
Punto de fusión:
Punto de ebullición:
Color:
Olor:
¿Qué puede concluir?
A. Pruebas de Ignición:
¿Qué puede concluir?
A’. Prueba de Belstein:
¿Qué puede concluir?
B. Características de solubilidad:
¿Qué puede concluir?
C. Prueba del nitrógeno:
¿Qué puede concluir?
D. Pruebas de Clasificación:
Alcoholes:
a) prueba del nitrato cérico amónico
b) oxidación de Jones
c) prueba de Lucas
¿Qué puede concluir?
Hidrocarburos insaturados:
a) bromo en tetracloruro de carbono
b) prueba de Baeyer
¿Qué puede concluir?
Halogenuros alifáticos:
a) yoduro de sodio en acetona
¿Qué puede concluir?
Aldehidos y cetonas:
a) prueba de 2,4-dinitrofenilhidracina
b) prueba de Tollens
c) prueba del yodoformo
¿Qué puede concluir?
Acidos carboxílicos:
a) prueba del Litmus
b)prueba del bicarbonato
¿Qué puede concluir?
Aminas:
a) prueba con el ión cobre
¿Qué puede concluir?
Fenoles:
a) prueba con el ión férrico
¿Qué puede concluir?
¿Qué puede concluir respecto a las
estructuras de los compuestos problema?
Si después de hacer todas estas pruebas, sospecha que su producto sólido es una de las
sustancias utilizadas como testigos, lleve a cabo un punto de fusión de la mezcla.
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Práctica 3. Identificación de Compuestos Orgánicos.
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CUESTIONARIO DE PRELABORATORIO
1.
Las siguientes cuatro substancias tienen aproximadamente el mismo punto de ebullición y todas ellas
son líquidos incoloros. Suponga que se le dan cuatro botellas sin etiquetar, cada una de las cuales
contiene uno de estos compuestos. Explique como usaría pruebas químicas sencillas para determinar cual
botella contiene cada uno de los compuestos.
a) metil-β-feniletil cetona b) o-ciclohexil estireno c) o-cloroanilina d) alcohol γ-fenil propílico
2.
¿Cómo distinguiría los compuestos en cada uno de los siguientes conjuntos? Haga una lista de los
reactivos que utilizaría y las observaciones experimentales que haría.
a. 2-bromoetanol y alcohol n-butírico
b. m-dinitrobenceno, m-nitroanilina, ácido m-nitrobenzoico y m-nitrofenol
3.
Un compuesto desconocido es insoluble en agua, en hidróxido de sodio al 5% y en HCl al 5%; es soluble
en ácido sulfúrico concentrado. Con 2,4-dinitrofenilhidracina da un precipitado naranja, da negativa la
prueba con nitrato de plata amoniacal y positiva la prueba de yodoformo ¿Cómo clasificaría a esta
sustancia? Explique su respuesta.
4.
Un compuesto desconocido se quemó con una llama amarilla clara. Es soluble en agua, en NaOH al 5%,
en HCl al 5% y se formaron burbujas al disolverlo en una solución de NaHCO3. Indique lo que se infiere
de cada una de estas pruebas respecto al compuesto desconocido. ¿A qué clase pertenece el compuesto
desconocido?
5.
Explique cómo se originan las bandas de absorción en la espectroscopía de infrarrojo e indique cual es la
información más importante que nos da esta técnica.
CUESTIONARIO DE POSTLABORATORIO
1.
Un compuesto desconocido se quema con una llama amarilla, sin humo, y se encontró que es insoluble
en solución de hidróxido de sodio al 5 %, pero es soluble en agua. La medición del punto de ebullición
dio un rango de 155-156°C. El análisis cuantitativo por combustión dio una fórmula C6H10O. Se encontró
que el compuesto da una semicarbazona con un punto de fusión de 214-216°C. Sin embargo, dio un
resultado negativo al tratarse con reactivo de Tollens y no decoloró al reactivo de Bayer. También dio
prueba del yodoformo negativa. Identifique los grupos funcionales del compuesto desconocido y, su
estructura.
2.
Un hidrocarburo A de fórmula C6H10 se quemó con flama amarilla y casi sin humo. Al llevar a cabo una
hidrogenación catalítica sobre platino, absorbió una mol de hidrógeno para formar el compuesto B. A
también decoloró una solución de Br2 en CH2Cl2 para formar un compuesto dibromado, C. La ozonólisis
del hidrocarburo produjo un solo compuesto D. El compuesto D dio positiva la prueba de yodoformo al
tratarla con I2/NaOH. Al tratar el compuesto D con la prueba de Tollens, se obtuvo un espejo de plata.
Identifique al hidrocarburo A y los compuestos B-D.
3.
Un compuesto desconocido aislado del clavo tiene una rotación óptica de +49.5º. Al llevar a cabo un
análisis elemental, se encontró que su fórmula química es C5H10O. El compuesto dio prueba positiva con
una solución de nitrato cérico y también decoloró una solución de Br2 en CH2Cl2. El compuesto se sujetó
a una hidrogenación catalítica, durante la que absorbió una mol de H2. El compuesto reducido no
presenta actividad óptica. Indique una o varias estructuras posibles para el compuesto aislado.
4.
Resuelva el problema 11-17 del Wade, indicando el espectro de IR que corresponde a cada compuesto.
(El problema se encuentra en el capítulo 11, incluido en el manual).
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Práctica 3. Identificación de Compuestos Orgánicos.
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REPORTE
1.
Entregue las hojas de reporte de resultados y la deducción de los grupos funcionales presentes en los
compuestos problema.
2.
Al finalizar el periodo de laboratorio se le entregaron los espectros de IR de sus compuestos problema.
Indique las bandas de absorción más importantes y los grupos funcionales presentes. Compare con los
resultados a los que llegó con las pruebas realizadas en el laboratorio y concluya si concuerdan o no.
Con estos datos, ¿pueden deducir la estructura de los compuestos problema?
3.
Responda las preguntas de post-laboratorio
4.
Comentarios y conclusiones.
BIBLIOGRAFIA
Mayo, Dana W., Pike, R. M. & Trumper Peter K., "Microscale Organic Laboratory with Multistep and
Multiscale Syntheses", 3rd. Ed., John Wiley, USA, 1994, pp. 693-742.
Wilcox, Jr. Charles F. & Wilcox Mary F., "Experimental Organic Chemistry. A Small-Scale Approach", 2ª Ed.,
Prentice-Hall, New Jersey, USA, 1995, pp. 151-207.
Williamson, Kenneth L., "Macroscale and Microscale Organic Experiments", 2ª Ed., Heath and Company, USA,
1994, pp. 703-739.
Vogel, Arthur I., "Elementary Practical Organic Chemistry, Part 2: Qualitative Organic Analysis”, 2nd. Ed.,
Longmans, Londres, 1966.
Fleming, Ian & Williams, Dudley; “Métodos Espectroscópicos en Química Orgánica”, De. Urmo, Bilbao,
1968, pp. 48-82.
Pouchert, Charles J.; “The Aldrich Library of Infrared Spectra”, The Aldrich Chemical Company, USA,
1970.
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