Reacciones Generales De Aldehídos Y Cetonas

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1 Reacciones Generales De Aldehídos Y Cetonas Erasmo Arteta, María José Mendoza, Andrés Ortiz Universidad del Atlántico Ingeniería Química Fecha de entrega: marzo 21 de 2014 Resumen En el siguiente escrito se dan a conocer los resultados de una experiencia donde demostramos algunas reacciones de aldehídos y cetonas, usando reactivo de Tollens que es una solución básica amoniacal de iones Ag+ y reactivo de Fehling que es una solución básica de iones Cu 2 +, en presencia de iones tartrato para impedir su precipitación; además se utilizó el reactivo de Schiff que es una solución de Fucsina decolorada con SO 2, yodoformo y 2,4-Dinitrofeni1 hidrazona, con las cuales identificamos con facilidad la presencia de aldehídos y cetonas debidos a cambios de color bastante notorios. Palabras claves: Aldehído, Cetona, Tollens, Fehling, Schiff, Yodoformo. Introducción Las cetonas y los aldehídos tienen en común la presencia del grupo C=O y son los tipos de compuestos que más abundan en la naturaleza. En la biosfera, muchas de las sustancias que requieren los organismos vivos son los aldehídos o cetonas. Por ejemplo, el aldehído fosfato de piridoxal es una coenzima presente en un gran número de reacciones metabólicas; la cetona hidrocortisona es una hormona esteroidal que segregan las glándulas suprarrenales para regular el metabolismo de las grasas. Los aldehídos y las cetonas contiene un grupo carbonilo C=O y a menudo se denominan colectivamente compuestos carbonílicos. El grupo carbonilo es el que determina en gran medida la química de aldehídos y cetonas. Para los aldehídos, el carbono carbonilo siempre es un carbono terminal y se encuentra enlazado a un hidrogeno, mientras que en las cetonas nunca será un carbono terminal ya que debe estar enlazado a otros dos átomos de carbono. En la industria de la química, las cetonas y los aldehídos sencillos se producen en grandes cantidades para utilizarse como disolventes y materias primas para preparar una gran cantidad de otros compuestos. La presencia del grupo carbonilo convierte a los aldehídos y cetonas en compuestos polares, los compuestos de hasta cuatro átomos de carbono, forman puente de hidrogeno con el agua, lo cual los hace completamente solubles en agua, igualmente son solubles en solventes orgánicos. Procedimiento Se realizaron cinco pruebas, de las cuales se muestra el procedimiento década uno a continuación: 1. Prueba de Tollens. Se colocaron 5 gotas del reactivo de Tollens en 2 tubos de ensayo pequeños, respectivamente. A uno de los tubos se adicionaron 2 gotas de solución acuosa de formaldehído y al otro tubo 2 gotas de acetona. Se agitaron los tubos y se dejaron en reposo 15 minutos. 2. Prueba de Fehling Se mezcló en un tubo de ensayo pequeño volúmenes iguales de soluciones A y B de Fehling (5 gotas de cada uno de los reactivos). Se agregó enseguida 1 gota de solución acuosa de formaldehído. En otro tubo se preparó el reactivo de Fehling de forma similar, pero se adiciono 1 gota de acetona. Se calentaron los 2 tubos en un baño de agua caliente durante 3 minutos. Se repitió el ensayo utilizando 10 gotas de una solución de glucosa.

2 3. Prueba de Schiff Se colocaron en 2 tubos de ensayo 5 gotas del reactivo de Schiff. A uno de los tubos se adiciono 1 gota de benzaldehído, al otro tubo 1 gota de acetona. Se agito y dejo reposar 5 minutos. 4. Prueba del Yodoformo A 20 gotas de una solución al 2% de NaOH en un tubo de ensayo, se agregó 1 gota de formaldehído, luego se agregó a la mezcla anterior gota por gota una solución de KI/I2, agitando hasta que la solución quedo ligeramente rosada. Se repitió la experiencia utilizando acetona en lugar de formaldehído. Al añadir algunas gotas de acetona al otro tubo de ensayo no hubo evidencia alguna de reacción; después de 15 minutos esa inactividad persistió. La prueba de Tollens no fue eficaz para una cetona. 5. Preparación de la 2,4-Dinitrofenil hidrazona de la acetona y del formaldehído En un tubo de ensayo grande se colocaron 5 gotas del reactivo previamente preparado de la 2,4-Dinitrofenil hidracina, luego se adicionaron 3 gotas de acetona, se agito el tubo de ensayo y se dejó en reposo durante 5 minutos. Se repitió con formaldehído. Resultados y discusión Prueba de Tollens Al añadir algunas gotas de formaldehido a uno de los tubos con reactivo de Tollens hubo evidencias de reacción rápida con la aparición de una capa de plata que cubrió las paredes internas del tubo de ensayo. En este caso el formaldehido representa un agente reductor que varía el estado de oxidación del catión central (Ag + ) del ion complejo Ag(NH 3 ) + ; el formaldehido se oxida para producir su análogo ácido carboxílico; esta reacción de oxidación-reducción se representa por medio de la ecuación, 2 Imagen 1. Reactivo de Tollens con acetona (sin cambios) y reactivo de Tollens con formaldehido (coloración grisácea), respectivamente. Prueba de Fehling Al añadir algunas gotas de acetona a uno de los tubos de ensayo con solución Fehling A y B no hubo cambio en la coloración inicial que era azul; tampoco hubo cambio aparente antes ni después del calentado. La prueba de Fehling resultó negativa para una cetona. Imagen 2. Reactivo de Fehling con formaldehido y acetona, respectivamente antes de calentar. Cuando se agregaron algunas gotas de formaldehido al otro tubo de ensayo con mezcla

3 Fehling hubo disolución total; después de calentar la muestra el color natural azul de la mezcla Fehling varió paulatinamente pasando por un color verdoso muy llamativo hasta llegar a convertirse en un una mezcla coloreada de rojo cobrizo con precipitado del mismo color. Imagen 4. Reactivo de Fehling con acetona, formaldehido y glucosa, respectivamente. Imagen 3. Reactivo de Fehling con acetona y formaldehído, respectivamente durante calentamiento a baño María. Prueba del yodoformo En este procedimiento, a pesar de añadir gran volumen de solución acuosa NaOI a los tubos de ensayo con aldehído y cetona no hubo reacción aparente con ninguna de dichas especies; teóricamente en ambos casos debía aparecer precipitado amarillo de yodoformo siguiendo la siguiente reacción general Con la adición de mezcla Fehling a una solución de glucosa ocurre una reacción muy similar a la del formaldehido; formándose un precipitado rojo cobrizo. Los monosacáridos son azúcares simples cuya estructura consta tan sólo de átomos de carbono, hidrógeno y oxígeno; químicamente se definen como polihidroxialdehídos y polihidroxicetonas; por poseer en su estructura el grupo funcional aldehído, algunos azúcares simples producen un resultado positivo para la prueba de Fehling; la reacción que rige este comportamiento es análoga a la reacción general de aldehídos frente al reactivo de Fehling. Imagen 5. Tubos de la prueba de yodoformo no presentaron ningún cambio. Preparación de la 2,4-Dinitrofenil hidrazona de la acetona y del formaldehído Con la adición de las gotas de acetona al tubo de ensayo con solución de 2,4- dinitrofenilhidrazina hubo aparición de abundante precipitado naranjado; añadiendo al 3

4 mismo reactivo algunas gotas de formaldehido hubo muy abundante aparición de precipitado amarillo fuerte. La reacción general para estos comportamientos viene dada por la ecuación, Imagen 7. Reactivo de Schiff con benzaldehído y acetona, respectivamente. Esta prueba es general para todos los compuestos carbonílicos y es también muy efectiva, pues la reacción se nota fácilmente. La fórmula general para ésta reacción es, Esta prueba es específica para aldehídos. Imagen 6. Prueba del yodoformo con acetona y formaldehido, respectivamente. Prueba de Schiff Cuando el reactivo de Schiff se puso en contacto con la acetona no hubo cambio aparente, aún después de calentar la apariencia de la mezcla continuó inmutable. Cuando el reactivo de Schiff se puso en contacto con el formaldehido inicialmente se presentaron dos fases una fucsia (superior) y una transparente (inferior) Después de calentar hubo intensificación del color de la mezcla hasta formarse un precipitado fucsia. Conclusión Por medio de esta práctica, logramos aplicar y conocer técnicas para poder identificar aldehídos y cetonas. Los aldehídos y cetonas son producidos por la oxidación de alcoholes primarios y secundarios, respectivamente. Po lo general, los aldehídos son más reactivos que las cetonas y son buenos agentes reductores. Un aldehído puede oxidarse al correspondiente acido carboxílico; en cambio, las cetonas son resistentes a una oxidación posterior, es por ello que se hace fácil identificar entre un aldehído y una cetona. Los aldehídos presentan prueba positiva con el reactivo de Tollens y el reactivo de Fehling ya que se oxidan a su correspondiente ácido carboxílico. La prueba del reactivo de Schiff resulta positiva para identificar los aldehídos de carácter aromático. De igual manera es posible identificar la presencia de cetonas por medio de la prueba 4

5 de yodoformo y por la preparación del 24- dinitrofenil hidracina Preguntas - Cómo diferenciaría usted mediante pruebas de laboratorio y justificando con ecuaciones químicas apropiadas los siguientes compuestos? Propanona, Metanal, Ciclohexanona Para diferenciar las cetonas del aldehído se añade a muestras de cada uno de estos compuestos el reactivo de Tollens; las cetonas no reaccionarán mientras que la prueba resultará positiva para el Metanal. Luego, para saber con exactitud de qué compuestos se trata; se hacen reaccionar todas las muestras ya identificadas como aldehídos o como cetonas con 2,4- difenilhidrazina; se separa el sólido precipitado y se le mide su punto de fusión; en este caso será posible determinar la estructura inicial del compuesto carbonílico a partir de uno de sus derivados. a) Negativa para cetonas b) Derivado del Metanal Derivado de la acetona Derivado de la Ciclohexanona -Tomando como base de una reacción de adición nucleofílica; Cuál reacciona más rápidamente un aldehído o una cetona? Sugiera dos factores. Debido al carácter electrofílico del carbono del grupo carbonilo esta área de una molécula de aldehído, cetona o sus derivados es reactiva frente a nucleófilos; por lo tanto, entre más electrofílico sea el carbono en cuestión más rápida será una reacción de adición nucleofílica. Es bien sabido que las cadenas alifáticas R provocan sobre átomos positivos adyacentes un efecto inductivo electro-donador; efecto que no se da cuando en vez de una cadena alifática R hay un átomo de hidrógeno pobre en densidad electrónica. Dado que precisamente ésta es la diferencia entre un aldehído y una cetona, un aldehído será mucho más reactivo frente a un nucleófilo que una cetona. Otro motivo de este fenómeno sería el mayor impedimento estérico que tendría un nucleófilo al atacar el carbono positivo de una cetona frente al de un aldehído. 5

6 - Pueden distinguirse entre sí los compuestos carbonilos isoméricos de fórmula molecular C 4 H 8? Explique. Sí, cuando éstos isómeros reaccionan con la 2,4-difenilhidrazina; el producto de reacción será diferente para cada caso, basta con comprobar el punto de fusión de estos derivados para conocer la estructura de cada isómero. -Un compuesto C 5 H 10 O reacciona con la 2,4- dinitrofenilhidrazina, pero no reacciona con el reactivo de Tollens, no da la prueba del Yodoformo. Cuál es la estructura de este compuesto? Si el compuesto reacciona con 2,4- difenilhidrazina se trata de un compuesto carbonílico. Si no reacciona con el reactivo de Tollens, se trata de una cetona. Si la prueba de Yodoformo no da positiva, se trata de una cetona cuyo grupo carbonilo no es adyacente a un carbono terminal Luego la estructura de dicho compuesto es 3-pentanona - Cuáles de los siguientes compuestos es de esperar que den positiva la prueba del yodoformo? El grupo carbonilo en b y c se encuentra adyacente a un carbono terminal, luego estos compuestos darán positivos si se le realiza la prueba del yodoformo; ningún otro cumple los criterios para que esta prueba de positiva. Bibliografía [1] Guía de Laboratorio de Química Orgánica II. Práctica No 15 Reacciones Generales de Aldehídos y Cetonas [2] Wade, L.G. Jr., Química Orgánica, 2 Edición, México, Ed Prentice Hall Hispanoamérica, S.A. de C.V., 1993 [3] Carey, F.A., Química Orgánica 3 Edición, México, Ed McGraw Hill. [4] GEISSMAN, T. A., Principios de química orgánica; Editorial Revertré; páginas [5] DUPONT, H. & GOKEL, George, Química Orgánica experimental; Editorial Revertré; páginas