PRACTICA No. 4 IDENTIFICACIÓN DE GRUPOS FUNCIONALES

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1 LABATI DE AALISIS FUIAL GÁI BJETIV PATIA o. 4 IDETIFIAIÓ DE GUPS FUIALES Seleccionar y aplicar correctamente las pruebas de clasificación, con el fin de identificar los grupos funcionales importantes, en los diferentes compuestos químicos de tipo orgánico ITDUIÓ La aplicación de pruebas de clasificación se lleva a cabo después de una serie de pruebas físicas, como son la determinación del punto de ebullición, punto de fusión y el comportamiento de solubilidad, otros como el resultado de la ignición y las observaciones como el color, olor y aspecto de la sustancia problema o de trabajo. El siguiente paso de la identificación, es la búsqueda de información específica concerniente a la presencia o ausencia de grupos funcionales comunes. En este caso se deben seleccionar algunos reactivos de clasificación en particular para cada prueba a realizar, ya que cada una posee determinadas limitaciones. Por tal motivo el propósito del análisis cualitativo orgánico, es reconocer una sustancia por sus características y propiedades, tanto físicas, como químicas y probar su total similitud con una muestra idéntica y pura del compuesto. La búsqueda de elementos constitutivos y el tipo de compuestos por sus grupos funcionales y la obtención de derivados, deberá llevar a formulas su estructura correctamente y sin ambigüedades. Es recomendable evitar la realización de pruebas innecesarias, ya que no solo es un desperdicio de tiempo, sino también aumenta la posibilidad de confusión de error. Por lo que no tiene sentido empezar las pruebas de grupos funcionales de un compuesto básico que contiene nitrógeno, con pruebas para determinar el grupo alcohol y cetona. Un buen camino a seguir, cuando el trabajo preliminar no ha dado ningún indicio, es ensayar primero las pruebas más sencillas y confiables. Así varias de las pruebas para las cetonas y aldehídos son en general, más fáciles de efectuar y de más precisión, que las pruebas para otras funciones con oxígeno. Por lo tanto se recomienda que en la clasificación de un compuesto neutro que se sospecha contiene oxígeno, se empiece con las pruebas de carbonilo. A continuación se presentan las reacciones características para cada grupo funcional y se denotan las condiciones y el resultado en la siguiente tabla PATIA 4: IDETIFIAIÓ DE GUPS FUIALES 1

2 LABATI DE AALISIS FUIAL GÁI METDLGÍA AMIAS Prueba de insberg. on la utilización del cloruro de p~toluensulfonilo o cloruro de p~bencensulfonilo, se puede identificar a las aminas aromáticas primarias, secundarias y terciarias (ver Shriner, pag 135). olocar en un tubo 0.3 ml del compuesto problema y adicionar 0.4 ml de solución de cloruro de tosilo, agitar y posteriormente adicionar 4 ml de a al 10% (p/v). Las pruebas se observan abajo. S l 3 Prueba para aminas aromáticas primarias: loruro de p-toluensulfonilo 2 l tosilo a Precipitado blanco soluble en agua Prueba para aminas aromáticas secundarias: 3 l tosilo a Precipitado blanco insoluble en agua Prueba para aminas aromáticas terciarias: ( 3 ) 2 a l tosilo o hay reacción ota: cabe resaltar que con agua y ácido clorhídrico y calentamiento se recupera la amina. El cloruro de bencensulfonilo también reacciona con las aminas y con los alcoholes. PATIA 4: IDETIFIAIÓ DE GUPS FUIALES 2

3 LABATI DE AALISIS FUIAL GÁI Prueba con ácido nitroso (formación de sales de diazonio) para identificar aminas aromáticas primarias, secundarias, terciarias y alifáticas (ver Shriner, pag 158) olocar en un tubo 0.5mL del compuesto problema y adicionar 5.0mL de solución l 25.0% y 1.0mL de a 2. Toda la reacción deberá llevarse a cabo entre 0 a 4º de temperatura, porque se desconoce el tipo de amina. Si la reacción se llevara a cabo a temperatura ambiente, la anilina podría liberar nitrógeno ( 2 ) y formar el fenol correspondiente, los que nos haría llegar a una conclusión errónea, ya que las aminas alifáticas también liberan nitrógeno. 2 l al 25% a 2 0º color durazno 3 l al 25% a 2 0º turbidez 3 ( 3 ) 2 l al 25% ( 3 ) 2 a 2 0º verde bandera a 2 2 l al 25% 2 0º burbujas eacción de copulación con de fenoles y sales diazonio. En un tubo de ensaye colocar 2 ml de solución helada de diazonio y añadir unas gotas de 0.1 g β-naftol en 2 ml de solución de a al 10% (p/v) y en 5.0 ml de 2 (ver Shriner, pag 158) a al 20% a 2 0º - olor amarillo PATIA 4: IDETIFIAIÓ DE GUPS FUIALES 3

4 LABATI DE AALISIS FUIAL GÁI - a al 20% a 2 0º AMIDAS Prueba de hidrólisis básica para la identificación de amidas 2 a al 20% 3 L 3 2 a al 20% 3 L ALQUES Y ALQUIS Prueba con Permanganato de potasio (identificación de insaturaciones). Disolver 0.1g o 2.0 ml de muestra problema en 2.0 ml de agua o etanol. Posteriormente se agrega gota a gota una solución de KMn 4. La desaparición de color en una prueba positiva Prueba de bromo en tetracloruro de carbono (identificación de insaturaciones). Para el caso de esta prueba se lleva a cabo de la manera anterior con permanganato, pero sin disolver la muestra. KMn 4 Decolora Br 2 l 4 Br Br Decolora ota: las metil cetonas y algunos aldehídos pueden dar la prueba positiva, debido al equilibrio cetoenol, además debe hacerse la aclaración de que la reacción con Br2, es de adición para el caso de instauraciones oleofinicas, a diferencia de las instauraciones aromáticas, donde la reacción es de sustitución. PATIA 4: IDETIFIAIÓ DE GUPS FUIALES 4

5 LABATI DE AALISIS FUIAL GÁI FELES Prueba de Permanganato de Potasio o Bromo en tetracloruro de carbono para identificar fenoles y anilinas Br Br 3 Br 2 3 Br Br Precipitado blanco KMn 4 Decolora el eactivo y puede presentar coloración amarilla ota: las anilinas llevan a cabo la reacción análoga a la mostrada para los fenoles. Para el caso de agua de bromo no existe liberación de gas, ya que en el agua el ácido bromhídrico se ioniza Prueba con solución de cloruro férrico. A 1.0 ml de solución diluida del compuesto problema, se adiciona una gota de solución de cloruro férrico (ver Shriner, pag 143) Fel 3 Ar Fe 3 Ar 3 l - Ar Ar oloración ota: El cambio de color depende del fenol y sus sustituyentes, además que no es permanente, por lo que se debe observan con atención al momento de agregar el reactivo. tros fenoles no dan la prueba positiva debido a sus sustituyentes, por lo si la prueba es negativa, no es un indicio de la ausencia de fenoles. PATIA 4: IDETIFIAIÓ DE GUPS FUIALES 5

6 LABATI DE AALISIS FUIAL GÁI ALDEÍDS Y ETAS Prueba con 2,4-dinitrofenilhidrazina (carbonilos). Disolver cinco gotas de la muestra en 2.0 ml de etanol, posteriormente anadir 2.0 ml de reactivo de 2,4-dinitrofenilhidrazina (ver Shriner, pag 142) ambio de olor 2 ota: Esta prueba no es específica ya que pueden reaccionar tanto cetonas como aldehídos; posteriormente es obligatorio diferenciar entre ambos compuestos, con otra prueba de identificación. Prueba de Benedict (aldehídos, α-hidroxiaaldehídos, α-hidroxicetonas y α- cetoaldehídos). En 5.0 ml de agua se disuelven 0.2 g de compuesto problema y se añaden 5.0 ml de solución de Benedict. Se observa el cambio de color y si se produce un precipitado amarillo o verde-amarillento (cobre oxidado), la prueba es positiva (ver Shriner, pag 143). 2 u 2 omplejo de citrato 2 u 2 omplejo de citrato u 2 u 2 ota: Esta prueba se usa generalmente para identificar azúcares reductores. tros compuestos como hidrazinas y p~aminofenol también hacen positiva la prueba. Prueba del bisulfito de sodio (aldehídos, cetonas y metil cetonas alifáticas) Añada aproximadamente 1.0 ml de reactivo de bisulfito (3 a 5 gotas), por cada 0.3 ml de muestra problema (ver Shriner, pag 181). as 3 El compuesto se solubiliza en agua PATIA 4: IDETIFIAIÓ DE GUPS FUIALES 6

7 LABATI DE AALISIS FUIAL GÁI as 3 El compuesto se solubiliza en agua as 3 El compuesto se solubiliza en agua as 3 o hay reacción ( 2 5 ) ( 2 5 ) 3 as 3 eacción lenta o no hay ota: Esta prueba es positiva para todos los aldehídos en general, pero también las metilcetonas que no tengan impedimento estérico, como la benzofenona. METIL ETAS Y METIL ALLES Prueba del Lugol. Disolver cuatro gotas de muestra problema en 5.0 ml de dioxano y agitar; entonces agregar 1.0 ml de a al 10% (p/v) y después lugol, hasta que u pequeño exceso mantenga el color oscuro del yodo, entonces comience a añadir a al 10% con calentamiento ligero hasta que desaparezca el color. Si no se comienza a observar la formación de precipitado amarillo, repita el método añadiendo nuevamente lugol y solución de a, con el mismo método (ver Shriner, pag 154). a I 2 3 l 3 Precipitado amarillo - 3 I 2 a l 3 Precipitado amarillo ota: Es importante aclarar que la utilización de dioxano como solvente es indispensable para llevar a cabo la reacción. Esta prueba es difícil de obtener, por lo que es conveniente repetirla varias veces. PATIA 4: IDETIFIAIÓ DE GUPS FUIALES 7

8 LABATI DE AALISIS FUIAL GÁI ALDEÍDS Prueba de Tollens (Espejo de plata). En un tubo adicionar 2.0 ml de Ag 3 al 5.0% (p/v) y una gota de a al 10 %. Posteriormente se adiciona gota a gota 4 hasta que la solución se aclare. Adicione la muestra, agite ligeramente y espere un par de minutos. Si no ocurre nada, caliente ligeramente la mezcla, adicionando gota a gota a para acelerar la reacción (ver Shriner, pag 192). 2 Ag( 3 ) Ag - 4 Espejo de plata o precipitado negro ota: El reactivo de Tollens no debe guardarse, por lo que se debe realizar en fresco y utilizar por completo. En caso contrario deberá neutralizarlo con sal o detergente. ALLES Prueba de Lucas (alcoholes primarios, secundarios y terciarios). En un tubo de ensaye colocar una relación de una parte de alcohol por 10 partes del reactivo de Lucas. Agitar y dejar reposar la mezcla (ver Shriner, pag 148). Znl 2 l Aparece una capa insoluble en 10 minutos o no hay reacción Znl 2 l Aparece una capa insoluble de 1 a 5 min Znl 2 l Aparece una capa insoluble en menos de 1 min ota: Esta prueba solo puede utilizarse para alcoholes que sean solubles en agua y no es una prueba de identificación, si no de diferenciación. Prueba de sodio metálico (alcoholes alifáticos). A 1.0 ml de alcohol, agregar un pedacito de sodio metálico y observar la liberación de gas. Esta prueba también la dan positiva los hidrógenos metínicos de los alquinos (ver Shriner, pag 180). 2 2 a(s) 2 - a 2 ota: El sodio metálico se humedece rápidamente, por lo que es posible que la liberación de gas se deba a la contaminación por humedad. PATIA 4: IDETIFIAIÓ DE GUPS FUIALES 8

9 LABATI DE AALISIS FUIAL GÁI Prueba de esterificación (alcoholes alifáticos). Mezclar 6.5mL del alcohol problema y añadir 5.5mL de ácido acético glacial, junto con 2.0 ml de 2 S 4 concentrado y calentar la reacción a ebullición constante. Dejar enfriar la reacción y adicionar agua fria. La aparición de una fase etérea y la presencia de un olor dulce o afrutado, distinto al olor del compuesto inicial, y un cambio de color, indica que la prueba es positiva lor a frutas ota: Si persiste el olor a vinagre, entonces se agrega a 3, hasta que éste desaparezca. Esta prueba es subjetiva y no debe tomarse como positiva al menos que se noten los cambios ya mencionados. ALÓGES Y GUPS IT Prueba de itrato de Plata en etanol (halógenos). Añadir unas gotas de la solución de nitrato de plata, al probable clorhidrato. El precipitado deberá de formarse inmediatamente, si en verdad existe la presencia de una sal de amina (ver Shriner, pag 169) l 3 3 Ag 3 Agl ota: La prueba no es exclusiva para identificar clorhidratos, ya que también se utiliza para identificar estructuras más complejas, donde existen reacciones de sustitución nucleofílica unimolecular (S 1 ) o sustitución nucleofílica bimolecular (S 2 ), y dependiendo del tipo de reacción que se lleve a cabo, la aparición del precipitado puede variar. Puede obtenerse a temperatura ambiente o bien presentarse con ligero calentamiento o no presentarse del todo, pero no es objetivo de esta guía el profundizar esta prueba, por lo que si se desea saber más al respecto se puede consultar la pagina 170 a la 180 del Shriner. Prueba de zinc y cloruro de amonio (grupos nitro). La muestra es disuelta en una solución de 10mL de etanol al 50% (p/v), a esta se le adicionan 0.5 g de 4 l y 0.5 g de zinc. Agitar y calentar hasta ebullición. Dejar reposar la reacción por 5 minutos y filtrar. Al filtrado se le adicionan gotas del reactivo de Tollens (ver Shriner, pag 192). eacción Zn 2 Agl PATIA 4: IDETIFIAIÓ DE GUPS FUIALES 9

10 LABATI DE AALISIS FUIAL GÁI eacción 2 2 Ag( 3 ) Ag ota: Esta prueba no puede llevarse a cabo si el compuesto original reduce el reactivo de Tollens, como es el caso de algunas anilinas y fenoles) Identificación de fenoles y anilinas nitrados por activación de su sistema de resonancia. A una pequeña muestra, se le adiciona 1.0 ml de a al 5.0% (p/v) y se observa la aparición de color amarillo. Si se acidifica la misma reacción se invierte la reacción y desaparece el color amarillo característico de los compuestos aromáticos con un grupo nitro como sustituyente en el anillo. Se (ver Shriner, pag 187) Se i nt ensifi ca e col or a marill o ota: este método también es utilizado para titulaciones y porque los compuestos feniloconitrados se utilizan como indicadores, por su capacidad de cambiar de color debido al cambio de p. EPTE DE ESULTADS En tu bitácora anota las observaciones pertinentes, así como el viraje de color o presencia de precipitado, si el compuesto separado se disolvió y las reacciones en cada paso. Anótalo según el número de compuestos que intentas identificar. Es útil que realices un diagrama de flujo clasificando las pruebas, en forma sintética para que facilites tu investigación sobre los compuestos en la sesión de exámen. Esto te ahorrara tiempo en las pruebas, además que puede ser una guía ilustrativa que permite ver un panorama amplio de las reacciones. Puedes tomar fotografías para preparar una presentación dinámica por computadora. PATIA 4: IDETIFIAIÓ DE GUPS FUIALES 10

11 LABATI DE AALISIS FUIAL GÁI BIBLIGAFIA o Shriner. L. (2001) Identificación sistemática de compuestos orgánicos. Limusa oriega Editores. México D. F. pp: o Morrison & Boyd (1990) Química rgánica. Addison-Wesley Iberoamericana. 5ª Edición. USA. o arey F. A. (1999) Química rgánica. Mc. Graw ill. España. pp: o Eaton D. (1989) Laboratory investigations in organic chemistry.. Mc. Graw ill. Book ompany.. Y. pp: o Fessenden. J.. (1983) Química rgánica. Iberoamericana. México. pp: o olum J.. (1986) Química rgánica. urso Breve. Limusa. México. pp: o Vogel A. L., Furnis B. S., annafor A. J., Smith y Tatchell A.. (1989) Textbook of Practical rganic hemistry. Longman Scientific and Technical. London. pp: PATIA 4: IDETIFIAIÓ DE GUPS FUIALES 11