ENSAYOS PRELIMINARES Y CLASIFICACIÓN DE COM

LABORATORIO DE QUÍMICA ORGANICA 502502
GUÍA No 2: ENSAYOS PRELIMINARES Y CLASIFICACIÓN DE COMPUESTOS
POR SUBILIDAD
I. EL PROBLEMA
Dos líquidos completamente miscibles se pueden separar por métodos físicos llamados destilación
II. FUNDAMENTO TEÓRICO
Ensayos preliminares
Son ensayos sencillos para compuestos que generalmente están puros y tienen como propósito
diferenciar un compuesto orgánico de uno inorgánico y asociar el compuesto orgánico con algún
grupo funcional presente en su estructura, se pueden clasificar en:
Estado físico: Se debe observar el estado físico, sólido o líquido. En los sólidos se debe
describir la forma cristalina (agujas láminas prismas), distinguir entre un sólido amorfo y
uno microcristalino.
Características Físicas: observar el color, que puede estar asociado con la presencia de
aromáticos o grupos con dobles enlaces altamente conjugados y el olor, por ejemplo,
algunas aminas pueden tener olores desagradables, pero los esteres pueden tener olores
fragantes.
Combustión: El ensayo de combustión se basa en un calentamiento cuidadoso de la
muestra directamente en el mechero y la observación de la presencia de cenizas, quienes
determinarán si la muestra está formada solamente por CHO y si hay o no presencia de
metales de reacción ácida o básica a los indicadores
Ensayos específicos de clase
Se realizan pruebas especiales para cada una de las posibles funciones presentes en la muestra,
por ejemplo muestras oxigenadas, alquenos, aromáticos etc.
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Alquenos y grupos fácilmente oxidables: el ensayo con permanganato de potasio o prueba de
Baeyer se basa en el hecho de que un compuesto fácilmente oxidable puede reducir el ión
permanganato, causando la desaparición del color púrpura y la aparición de un color café debido
al óxido de manganeso. La prueba de Baeyer da positiva para sustancias como alquenos,
alquinos, fenoles, arilaminas, muchos aldehidos, alcoholes primarios y secundarios, mercaptanos,
sulfuros, tiofenoles.
Aromáticos: Los compuestos aromáticos se pueden identificar mediante la reacción de Friedel
Crafts y con los resultados de las pruebas de ignición
Ensayos específicos de solubilidad
La solubilidad de una sustancia orgánica en diversos disolventes es un fundamento del método de
análisis cualitativo orgánico desarrollado por Kamm, este método se basa en que una sustancia es
más soluble en un disolvente cuando sus estructuras están íntimamente relacionadas. Pero dentro
de la solubilidad también existen reglas de peso molecular, ubicación en una serie homóloga y los
disolventes que causan una reacción química como son los ácidos y las bases, también se
incluyen los ácidos orgánicos inertes que forman sales de oxonio y sulfonio.
Independientemente de las causas de la disolución del compuesto que se investiga, se considera
que hay disolución cuando 0,05g de la sustancia sólida o 0,1 ml de la sustancia líquida forman una
fase homogénea a la temperatura ambiente con 3 ml de solvente.
Solubilidad en agua: En general cuatro tipos de compuestos son solubles en agua, los electrolitos,
los ácidos, las bases y los compuestos polares. En cuanto a los electrolitos, las especies iónicas se
hidratan debido a las interacciones ion-dipolo entre las moléculas de agua y los iones. El número
de ácidos y bases que pueden ser ionizados por el agua es limitado, y la mayoría se disuelve por la
formación de puentes de hidrógeno. Las sustancias no iónicas no se disuelven en agua, a menos
que sean capaces de formar puentes de hidrógeno; esto se logra cuando un átomo de hidrógeno
se encuentra entre dos átomos fuertemente electronegativos, y para propósitos prácticos sólo el
flúor, oxígeno y nitrógeno lo forman. Por consiguiente, los hidrocarburos, los derivados
halogenados y los tioles son muy poco solubles en agua.
Un grupo polar capaz de formar puentes de hidrógeno con el agua, puede hacer que una molécula
hidrocarbonada sea soluble en agua, si la parte hidrocarbonada de la molécula no excede de 4 o 5
átomos de carbono en cadena normal, o de 5 a 6 átomos de carbono en cadena ramificada. Si más
de un grupo polar está presente en la molécula, la relación de átomos de carbono es usualmente
de 3 a 4 átomos de carbono por grupo polar.
Solubilidad en éter: En general las sustancias no polares y ligeramente polares se disuelven en
éter. El que un compuesto polar sea o no soluble en éter, depende de la influencia de los grupos
polares con respecto a la de los grupos no polares presentes. En general los compuestos que
tengan un solo grupo polar por molécula se disolverán, a menos que sean altamente polares, como
los ácidos sulfónicos. La solubilidad en éter no es un criterio único para clasificar las sustancias por
solubilidad.
Solubilidad en ácido clorhídrico diluido: La mayoría de las sustancias solubles en agua y solubles
en ácido clorhídrico diluido tienen un átomo de nitrógeno básico. Las aminas alifáticas son mucho
más básicas que las aromáticas, dos o más grupos arilos sobre el nitrógeno pueden cambiar las
propiedades de la amina por extensión, haciéndolas insolubles en el ácido. Este mismo efecto se
observa en moléculas como la difenilamina y la mayoría de las nitro y polihaloarilaminas.
Solubilidad en hidróxido de sodio: Los compuestos que son insolubles en agua, pero que son
capaces de donar un protón a una base diluida, pueden formar productos solubles en agua. Así se
considera como ácido los siguientes compuestos: aquellos en que el protón es removido de un
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grupo hidroxilo, como los ácidos sulfónicos, sulfínicos y carboxílicos; fenoles, oximas, enoles,
ácidos hidroxámicos y las formas “aci” de los nitro compuestos primarios y secundarios.
El protón es removido de un átomo de azufre, como los tiofenoles y los mercaptanos.
De un átomo de nitrógeno como en las sulfonaminas, N-monoalcohil-sulfonamida- Nmonoetilsustituidas y aquellos fenoles que tienen sustituyentes en la posición orto.
Solubilidad en bicarbonato de sodio: El concepto de acidez es relativo, y un compuesto es ácido o
básico en comparación con otro. Los ácidos orgánicos se consideran ácidos débiles, pero dentro
de ellos se pueden comparar entre menos o más débiles en comparación con el ácido carbónico.
La solubilidad en bicarbonato dice que la sustancia es un ácido relativamente fuerte.
Solubilidad en ácido sulfúrico concentrado: Este ácido es un donor de protones muy efectivo, y es
capaz de protonar hasta la base más débil. Tres tipos de compuestos son solubles en este ácido,
los que contienen oxígeno excepto los diariléteres y los perfluoro compuestos que contienen
oxígeno, los alquenos y los alquinos, los hidrocarburos aromáticos que son fácilmente sulfonados,
tales como los isómeros meta di sustituidos, los trialcohil-sustituidos y los que tienen tres o más
anillos aromáticos. Un compuesto que reaccione con el ácido sulfúrico concentrado, se considera
soluble aunque el producto de la reacción sea insoluble.
Para simplificar la clasificación y la identificación de los compuestos orgánicos por solubilidad se
establecen nueve grupos de acuerdo con su comportamiento ante seis solventes, se aprecian en el
siguiente e quema:
ESQUEMA DE LA CLASIFICACIÓN POR SOLUBILIDAD
AGUA
Soluble
HCl 5%
ETER
Insoluble
GRUPO B
Soluble
NaOH 10%
Soluble
GRUPO S1
Insoluble
GRUPO S2
Insoluble
Tienen N o S
No tienen N o S
NaHCO3 10%
Soluble
GRUPO A1
Insoluble
GRUPO A2
GRUPO M
H2SO4
concentrado
Insoluble
GRUPO I
GRUPO N
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Compuestos del grupo S2:
Son compuestos que:
Contienen solamente C, H y O: ácidos dibásicos y polibásicos, ácidos hidroxílicos, polihidroxi
fenoles, polihidroxi alcoholes.
Contienen metales: sales de ácidos y fenoles, compuestos metálicos varios.
Contienen nitrógeno: sales aminadas de ácidos orgánicos, aminoácidos, sales de amonio, amidas,
aminas, aminoalcoholes, semicarbacidas, semicarbazoles, ureas.
Contienen halógenos: ácidos halogenados, aldehídos o alcoholes halogenados, halúros de ácido.
Contienen azufre: ácidos sulfónicos, mercaptanos, ácidos sulfínicos.
Contienen N y halógenos: sales de amina de ácidos halogenados.
Contienen N y S: ácidos amino disulfínicos, ácidos ciano-sulfónicos, ácidos nitro-sulfónicos,
bisulfatos de bases débiles.
COMPUESTOS GRUPO S1:
Son compuestos que:
Contienen C, H y O: alcoholes, aldehídos, cetonas, ácidos carboxílicos, ésteres, éteres, lactonas,
polihidroxifenoles, algunos glicoles, anhídridos.
Contienen N: amidas, aminas, aminoheterocíclicos, nitrilos, nitroparafinas, oximas.
Contienen halógenos: compuestos halogenados de la primera división anterior.
Contienen S: mercaptoácidos, tioácidos, hidroxicompuestos con azufre, heterocíclicos.
Contienen N y halógenos: amidas halogenadas, amidas y nitrilos halogenados.
Contienen N y S: compuestos amino heterocíclicos del azufre.
Compuestos grupo B:
Aminas (diaril y triaril aminas), aminoácidos, hidracinas aril sustituidas, N-dialquilaminas,
compuestos anfóteros como aminofenoles, aminotiofenoles, aminosulfonamidas.
Compuestos grupo A1:
Contienen C, H, y O: ácidos y anhídridos (generalmente de 10 carbonos o menos y forman
soluciones coloidales jabonosas).
Contienen N: aminoácidos, nitroácidos, cianoácidos, ácidos carboxílicos con N heterocíclicos,
polinitro fenoles.
Contiene halógenos: haloácidos, poli-halo-fenoles.
Contienen S: ácidos sulfónicos, ácidos sulfínicos.
Contienen N y S: ácidos aminosulfónicos, nitrotiofenoles, sulfato de bases débiles.
Contienen S y halógenos: sulfonamidas.
Compuestos grupo A2:
Contienen C, H y O: ácidos (de alto peso molecular y forman jabones), anhídridos, fenoles, esteres
de ácidos fenólicos, enoles.
Contienen N: aminoácidos, nitrofenoles, amidas, aminofenoles, compuestos anfóteros,
cianofenoles, imidas, N-monoalquilaminas aromáticas, hidroxilaminas, N-sustituidas, oximas,
nitroparafinas, hidrocarburos trinitroaromáticos, ureídos.
Contienen helógenos: helofenoles.
Contienen S: mercaptanos (tioles), tiofenoles.
Contienen N y halógenos: hidrocarburos aromáticos polinitro halogenados, fenoles sustituidos.
Contienen N y S: amino sulfonamidas, ácidos amino sulfónicos, aminotiofenoles, sulfonamidas,
tioamidas.
Compuestos grupo M:
Contienen N: anilidas y toluididas, amidas, nitroarilaminas, nitrohidrocarburos, aminofenoles, azo,
hidrazo y azoxi compuestos, di y triarilaminas, dinitro fenilhidracinas, nitratos, nitrilos.
Contienen S: mercaptanos, N-dialquilsulfonamidas, sulfatos, sulfonatos, sulfuros, disulfuros,
sulfonas, tioésteres, derivados de la tiourea.
Contienen N y S: sulfonamidas.
Contienen N y halógenos: aminas, amidas, nitrilos y nitro halogenados.
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Compuestos grupo N:
Alcoholes, aldehídos y cetonas, ésteres, éteres, hidrocarburos no saturados y algunos aromáticos,
acetales, anhídridos, lactonas, polisacáridos, fenoles de alto peso molecular.
Compuestos grupo I:
Hidrocarburos, derivados halogenados de los hidrocarburos, diaril éteres.
III. TEMAS DE CONSULTA
Consulte los parámetros que influyen en la solubilidad
Elabore las tablas de datos.
Establezca el grupo de solubilidad para los siguientes compuestos: Glucosa, ácido benzoico,
heptano, anilina, etilamina
Lea cuidadosamente le fundamento teórico , le será evaluado en el laboratorio.
Busque las reacciones de los ensayos preliminares y escríbalas.
Repase los grupos funcionales en química orgánica y reconózcalos
IV. MATERIALES Y REACTIVOS
Materiales
Por grupo
10 tubos de ensayo
1 gradilla para tubos de ensayo
1 microespátula
2 goteros de plástico
1 pinzas metálicas para tubo de ensayo
Material general
12 pipetas graduadas de 5 ml
5 vaso de precipitados de 150 ml
pipeteadores para cada reactivo.
Recativos
Agua destilada
Eter etílico
Acido clorhídrico al 5%
Hidróxido de sodio al 10%
Bicarbonato de sodio al 10%
Acido sulfúrico concentrado
Solución de KMnO4 al 2%
Solución agua-etanol al 2%
AlCl3 seco
Cloroformo
patrones: ácido benzóico, heptano, ácido cinámico, acetato de isoamilo, ácido esteárico,
acetofenona, anilina, acetanilida, glicerol, glucosa, un alqueno, metanol, dimetilamina.
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V. PROCEDIMIENTO
Ensayos preliminares
Aromaticidad: Esta prueba es demostrativa y el profesor realizara una sola para todo el grupo.
Tome un tubo de ensayo seco, coloque una pequeña cantidad de AlCl3 y sublime lentamente
hasta formar un anillo blanco en el centro de tubo (Tubo 1), deje enfriar. En otro tubo seco (tubo 2)
mezcle una pequeña cantidad de muestra aromática con cloroformo, cuando el AlCl3 del tubo 1
este frío deje caer lentamente la mezcla del tubo 2 por la paredes del uno y observe la coloración.
Bayer: Disuelva una pequeña cantidad del compuesto1 en 3 ml de la mezcla agua-etanol y luego
añada 4 gotas de KMnO4 al 2%. Si el color de la solución de permanganato cambia en un minuto,
es posible la presencia de un grupo fácilmente oxidable.
Solubilidad
Realice los ensayos solubilidad siguiendo el orden indicado en el esquema 1 mostrado en la parte
teórica de la guía. Todos los ensayos de solubilidad deben llevarse a cabo a la temperatura del
laboratorio, en tubos de ensayo los suficientemente grandes para poder agitar vigorosamente, el
solvente y el soluto.
Es conveniente usar una relación de 0,1 g de sólido o de 0,2 ml de líquido para 3 ml de solvente
Solubilidad en agua: A cada tubo de ensayo adicione aproximadamente 0,1 g de la sustancia sólida
o 0,2 ml de la sustancia líquida, y luego agregue 3 ml de agua destilada, agite vigorosamente y
observe si la sustancia se disuelve o no. Si se disuelve, agregar una gota de solución indicadora o
usar papel tornasol. Observe y anote los resultados.
Solubilidad en éter: Adicione aproximadamente 0,1 g de la sustancia sólida o 0,2 ml de la sustancia
si es líquida a un tubo de ensayo seco y luego agregue 3 ml de éter, agite vigorosamente y
observar si hay disolución.
Solubilidad en ácido clorhídrico al 5%: A cada tubo de ensayo adicione aproximadamente 0,1 g de
la sustancia sólida o 0,2 ml de la sustancia líquida, y luego agregue 3 ml de ácido clorhídrico al 5%
en porciones de 1 ml. Algunas bases orgánicas forman clorhidratos que son solubles en agua,
pero se precipitan por un exceso de ácido. Si hay solución en cualquier momento del compuesto,
se asigna al grupo B.
Solubilidad en NaOH al 10%: A cada tubo de ensayo adicione aproximadamente 0,1 g de la
sustancia sólida o 0,2 ml de la sustancia líquida, y luego agregue 3 ml de NaOH al 10%. Agite
vigorosamente y observe si hay disolución.
Si el compuesto es soluble en NaOH, proceda a determinar la solubilidad en NaHCO3 para su
clasificación, si el compuesto es insoluble en NaOH y contiene N y S en su molécula, se clasifica
en el grupo M, pero si no los tiene proceda al ensayo de solubilidad en ácido sulfúrico.
Solubilidad en bicarbonato de sodio al 10%: A cada tubo de ensayo adicione aproximadamente 0,1
g de la sustancia sólida o 0,2 ml de la sustancia líquida, y luego agregue 3 ml de la solución de
NaHCO3, observe si hay desprendimiento de gas carbónico inmediatamente o después de un corto
tiempo.
Solubilidad en ácido sulfúrico: Colocar en cada tubo de ensayo limpio y SECO los 3 ml de ácido
sulfúrico concentrado cuidadosamente y por las paredes del tubo, luego adicione según sea el
caso, aproximadamente 0,1 g de la sustancia sólida o 0,2 ml de la sustancia líquida. Si el
compuesto no se disuelve inmediatamente, agite por un tiempo sin calentar y observe si hay un
cambio de color, carbonización, polimeración etc.; si el compuesto no se solubiliza o no reacciona
con el ácido sulfúrico se clasifica en el grupo I.
1
La prueba debe realizarla para todos los compuestos que le asigne el profesor.
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VI. PARA EL ANÁLISIS DE LA PRACTICA
El informe debe contener entre otros aspectos:
Datos y observaciones del laboratorio.
Clasifique las sustancias orgánicas dadas en el laboratorio según las características de solubilidad.
El profesor le dará el nombre de cada uno de los compuestos utilizados en la práctica, con lo cual
podrá dar una breve explicación sobre la respectiva clasificación.
Realice una ficha técnica y muestre la estructura de los compuestos analizados en la práctica.
Revise de nuevo los objetivos de la práctica, evalúe si se cumplieron total o parcialmente y redacte
unas conclusiones en donde exprese en forma explícita lo aprendido en esta práctica.
VII. BIBLIOGRAFÍA
BRIEGER. Química Orgánica Moderna. Curso Práctico de Laboratorio. Primera Edición en
Español. Harper & Row Publishers INC. España. 1970.
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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