IDENTIFICACION DE ALDEHIDOS Y CETONAS MEDIANTE PRUEBAS ESPECÍFICAS

Angy M. Leira, Marco F. Ortizamlo_52@hotmail.com

Facultad De IngenieríaPrograma de Ingeniería Química

Octubre del 2013

ResumenEn la pasada práctica se llevaron a cabo pruebas, para la identificación de aldehídos y cetonas; los aldehídos reaccionan de manera diferente de las cetonas a pesar de que ambos contengan en su estructura un grupo carbonilo, ello permite que se dé o no la reacción con un reactivo especifico presentando un indicador como lo es el cambio en la coloración. Por tanto, un cambio en el color indica que si hubo reacción, lo cual es precisamente lo que se observó en la práctica, permitiendo así la identificación de un aldehído o de una cetona.

Palabras caves: Oxidación, Coloración, Identificación, Reacciones Específicas.

Introducción

Los aldehídos y las cetonas son tipos de compuestos íntimamente relacionados, los cuales tienen respectivamente la formula general.

El grupo carbonilo es característico de aldehídos y cetonas, y muchas de las propiedades químicas de estas sustancias son consecuencia de las propiedades electrónicas de este grupo. El grupo carbonilo (C=O) que caracteriza la familia de los aldehídos y cetonas es insaturado además de polar y sus reacciones pueden entenderse fácilmente con las teorías electrónicas que se han introducido en los capítulos precedentes. Una de las reacciones más importantes sobre el grupo carbonilo de los aldehídos y cetonas es la llamada adición nucleofílica al doble enlace carbono-oxigeno. Los aldehídos y cetonas son producidos por la oxidación de alcoholes primarios y secundarios,

Aldehido Cetona

respectivamente. Por lo general, los aldehídos son más reactivos que las cetonas y son buenos agentes reductores. Un aldehído puede oxidarse al correspondiente ácido carboxílico; en cambio, las cetonas son resistentes a una oxidación posterior. Veremos cómo estas reacciones de adición constituyen la base de una gran variedad de procesos para la identificación de aldehídos y cetonas con pruebas específicas.

Resultados y Discusión

Prueba de TollensEn 2 tubos de ensayo, se agregaron 5 gotas del reactivo de Tollens; luego a el primer tubo de ensayo se adicionaron 2 gotas de Formaldehido y al otro 2 gotas de Acetona, se agitaron respectivamente y se dejaron en observación por 15 minutos.

En la prueba con el Formaldehido, la mezcla se puso de color negro y hubo precipitado, como muestra la fotografía 1.

Fotografía 1. Formaldehido + Reactivo de Tollens

El reactivo de Tollens es una disolución de oxido de plata en amoniaco acuoso, además de ser el agente Oxidante, la reacción global describe la oxidación del aldehído y la reducción del oxido de plata a plata metálica. [Imagen 1]

Imagen 1. Reacción Global

Considerando las condiciones de la reacción el aldehído reaccionará con el agua formando las dos cargas parciales, se desprotonará y finalmente reaccionará con el óxido de manganeso, trasladando los electrones por transferencia de Cannizarro (consiste en la dismutación de un aldehído sin hidrógeno en alfa, catalizado por una base), para la formación del ácido carboxílico y la plata metálica. [Imagen 2]

Imagen 2. Transferencia de Cannizarro.

En la prueba con la Acetona la solución no presentó cambios, como muestra la fotografía 2.

Fotografía 2. Acetona + Reactivo de Tollens

La acetona no reaccionó con el reactivo de Tollens por 2 razones, la primera es que el reactivo de Tollens es un agente oxidante débil, y la segunda, la acetona no posee hidrógenos α, por lo que es muy poco probable o casi imposible que se dé la oxidación con un agente oxidante débil.

Prueba de FehlingSe mezcló en un tubo de ensayo volúmenes iguales de soluciones A (Sulfato cúprico pentahidratado) y B (Tartato sodio potásico e hidróxido de sodio en agua) de Fehling (cinco gotas de cada uno de los reactivos), luego se agregó enseguida una gota de solución acuosa de formaldehido. Mientras tanto en otro tubo de ensayo se preparó el reactivo de Fehling de forma similar, pero se

adicionó una gota de acetona; posteriormente se calentaron los dos tubos en baño de agua durante tres minutos. Esta prueba se repitió utilizando diez de la solución de glucosa.

En la prueba con el aldehído, la solución presentó una coloración marrón oscura después del baño de maría. [Fotografía 3]

Fotografía 3. Formaldehido + Reactivo de Fehling

El formaldehído se oxida a ácido fórmico; los iones cúpricos (Cu+2) se reducen a iones Cu2O (oxido cuprosos) (Cu+). [Imagen 3]

Imagen 3. Mecanismo de reacción con el Formaldehido

En la prueba con la acetona, la solución no presentó cambios antes ni después del baño de maría; por lo tanto no hubo reacción. [Fotografía 4]

Fotografía 4. La acetona no presentó ningún cambio

El reactivo de fehling es un oxidante suave, por lo que una cetona no reacciona; puesto que éstas no tienen un hidrogeno unido al carbono carbonilo y son estabilizadas mediante efecto inductivo.

En la prueba con la glucosa, la mezcla se tornó a una coloración rojo ladrillo. [Fotografía 5]

Fotografía 5. Glucosa + Reactivo de Fehling

La glucosa es un monosacáridos capaz de reducir el Cu+2 a Cu+1 pasando del color azul a rojo ladrillo, porque contiene grupos hemiacetálicos (molécula que contiene un grupo hidroxilo -OH y un residuo alcóxido -OR unidos a un mismo átomo de carbono. Se forma por reacción de adición nucleófila de un aldehído) los cuales son los encargados de de reducir el sulfato de cobre.

Prueba de SchiffSe colocaron en dos tubos de ensayo cinco gotas del reactivo de Schiff, en el cual a uno de ellos se adicionó una gota de benzaldehído, al otro una gota de acetona, se agitó y se dejaron reposar durante 5 minutos.

En la reacción con el Benzaldehído la solución presentó una coloración violeta y en la parte inferior un precipitado del mismo color, aunque un poco más oscuro. [Fotografía 6]

Fotografía 6. Benzaldehído + Reactivo de Schiff

El reactivo de Schiff reacciona con aldehídos, produciendo una coloración púrpura característica que nos permite identificar los aldehídos de las cetonas. La coloración púrpura indica una prueba positiva para los aldehídos y se nota la diferencia con las cetonas, puesto que estás poseen un color más bajo y no presentaron ningún tipo de precipitado. [Fotografía 7].En el mecanismo de reacción de éste reactivo, la p-rosanilina y el bisulfito se combinan para dar el aducto "decolorada" con sulfonación en el carbono central, los grupos de amina aromática, no cargados libres reaccionan

entonces con el aldehído y se está probando para formar dos grupos aldimina; Estos grupos aldimina electrófilos reaccionan entonces con más bisulfito, y el-NH-CH-SO3-Ar producto dan lugar a que el color magenta de una prueba positiva.

Fotografía 7. Acetona sin reaccionar

El reactivo de Schiff reacciona con el grupo formilo formando un compuesto coloreado azul-violeta.

Imagen 4. Mecanismo de reacción con un aldehído

Prueba de YodoformoEn un tubo de ensayo se agregaron 20 gotas de una solución al 2% de NaOH, luego una gota de Acetona para finalmente combinar gota a gota una solución de KI/I2; se agitó la mezcla y se esperó un cambio de coloración. Ésta experiencia se repitió con formaldehido y se observaron diferencias.

En la prueba con la Acetona, la solución presentó un cambio de color inmediato, donde pasó de transparente a un precipitado amarillo claro; como se muestra en la fotografía 8.

Fotografía 8. Precipitado Acetona

El mecanismo de esta reacción consistirá en la formación de carboxilatos y haloformos, lo cual en la primera etapa de la reacción se da una halogenación completa del CH3, seguido de un ataque por parte del nucleófilo -OH en el doble enlace del oxigeno que luego se reubicara desplazando al grupo CI3- , que es en esencia un grupo muy básico, por lo que desprotonará al acido carboxílico formado, dando lugar a un haloformo, y al carboxilato. [Imagen 5]

Imagen 5. Formación del Haloformo

Esta prueba tiene como finalidad identificar cetonas de forma analítica, aprovechando que el Yodoformo da un precipitado de color amarillo.[Fotografía 8]

En la prueba con el Formaldehido la mezcla no presentó cambio de color, por lo tanto no hubo reconocimiento del aldehído, como se identifica en la fotografía 9.

Fotografía 9. Formaldehido y Acetona

La prueba del Yodoformo es Positiva para metilcetonas y alcoholes precursores del tipo estructural R-CH(OH)-CH3, (R=H, alquilo o arilo) El único aldehído que dará prueba positiva es el acetaldehído.

Preparación de 2,4-Dinitrofenilhidrazona En un tubo de ensayo se colocaron 5 gotas del 2,4 DNFH, luego se adicionaron 3 gotas de Acetona y se agitó previamente; para dejar en reposo durante 5 minutos. Este procedimiento se repitió con el formaldehido.

En el desarrollo de esta prueba al adicionar las gotas de acetona y formaldehido respectivamente en cada tubo de ensayo, se notaron cambios instantáneos, en el cual ambos dieron como resultado un

precipitado, que el caso de la acetona hubo una coloración naranja [Fotografía 10] y con el formaldehido una coloración amarilla [Fotografía 11].

Fotografía 10. Precipitado de la Acetona

Fotografía 11. Precipitado del Formaldehido Es una prueba de reconocimiento de acetonas y aldehídos, el 2,4 DNFH reaccionará con el grupo carbonilo de los aldehídos y de las cetonas para formar 2,4-dinitrofenilhidrazonas, las cuales son sólidas y precipitan un sólido con un color amarillo, comprobando la existencia de alguna de las especies. Las cetonas y los aldehídos darán lugar a una reacción del tipo: (adición Nucleofilica), en una primera fase se dará una protonación del grupo carbonilo, ya sea acetona o aldehído, polarizando la especie, lo que favorecerá el ataque nucleófilico, en este caso es el 2,4 DNFH el necrófilo, que presentara una alta disponibilidad de la carga negativa justo sobre el átomo de nitrógeno.

En esta reacción el ataque nucleófilico, no implicara la salida del grupo OH, puesto que al polarizarse, el carbono quedo tan solo con tres enlaces, por lo que puede formar un cuarto enlace con el nucleófilo sin desplazar a ningún grupo, debido al carácter ácido del medio en el que se desarrollara la reacción, el OH del grupo carbonilo se protonará debido al carácter acido del medio, permitiéndole al nitrógeno usar el par de electrones disponibles para formar un doble enlace resonando la carga positiva del carbono sobre su átomo, y desplazando el agua, que posterior mente desprotonará al nitrógeno para estabilizar a la molécula, formando: 2,4 dinitrofenilhidrazona . [Imagen 4 ]

Imagen 6. Mecanismo de reacción

Preguntas

1. Como diferencia usted mediante pruebas de laboratorio y justificando con ecuaciones químicas apropiadas los siguientes compuestos: 3-Pentanona, Heptanal, 3-Bromociclohexanona.R/ Como el laboratorio trató de pruebas que ayudan a identificar la presencia de aldehídos y cetonas, se podría utilizar una de dichas pruebas para identificar tales compuestos; por lo tanto en el caso de la 3-Pentanona se trataría con la prueba del Yodoformo, dando como resultado una reacción negativa, puesto que la prueba de los haloformos sólo funcionan con las Metilcetonas.

Amarillo

Con el Heptanal, se utilizaría una de las pruebas de reconocimiento de aldehído, como el reactivo de Fehling, dando como positivo el resultado.

Para el reconocimiento de la 3-Bromociclopentanona, podría utilizar la prueba de __________, para determinar si el resultado es positivo o negativo y así dar a conocer el producto como una cetona o aldehído.

2. Escriba el mecanismo de la reacción entre un aldehído y el reactivo de Schiff.

Paso I: La amina se adiciona al carbonilo

Paso II: Protonación y desprotonación.

Paso III: Protonación del hidroxilo.

Paso IV: Desprotonación.

3. ¿Pueden distinguirse entre sí los compuestos carbonilicos de formula molecular C4H8O? Explique.

4. ¿Cuáles son las alternativas para las reacciones de oxidación de cetonas?

R//  Los aldehídos se oxidan con facilidad frente a oxidantes débiles produciendo ácidos. Mientras que las cetonas sólo se oxidan ante oxidantes muy enérgicos que puedan romper sus cadenas carbonadas. Es así que las reacciones de oxidación permiten diferenciar los aldehídos de las cetonas en la práctica. El comportamiento de las cetonas respecto a la oxidación es muy similar al de los alcoholes terciarios. Para romperlas se emplea a menudo HNO3 caliente y permanganato ácido o alcalino.

5. ¿La reacción del bisulfito de sodio es general esta reacción para aldehídos y cetonas? Explique.

R// Los aldehídos y cetonas reaccionan con el bisulfito de sodio (NaHSO3) formando un sólido cristalino llamado combinación bisulfitica. La reacción permite conservar los aldehídos y cetonas dado que evita la resinificacion, oxidación etc. La combinación es fácilmente hidrolizable por iones H+ e Iones OH- restituyendo así el aldehído. Es una reacción que nos permite separar un aldehído o una cetona de una mezcla de compuestos orgánicos es haciéndola reaccionar con este reactivo (NaHSO3), por este medio se obtienen compuestos de adición bisulfitica que son sólidos cristalinos.

ConclusiónLas propiedades físicas y químicas de los aldehídos y las cetonas están influidas por la gran polaridad del grupo carbonilo. Las moléculas de aldehídos y cetonas se pueden atraer entre sí mediante interacciones polar-polar. Estos compuestos tienen puntos de ebullición más altos que los correspondientes alcanos, pero más bajos que los alcoholes correspondientes. Los aldehídos y las cetonas pueden formar enlaces de hidrógeno, y los de bajo peso molecular son totalmente solubles en agua.Se determinó mediante pruebas específicas como identificar los aldehídos y cetonas, conociendo las propiedades de estos se le añadió unos reactivos específicos que apoyan la teoría, pues los aldehídos presentaban un cambio de color cuando las cetonas no lo hacían.

Referencias

[1] Guía de Laboratorio de Química Orgánica, prácticas de docencia para el programa de ingeniería Química, 2013.[2] Quimica Organica quinta edicion Paula Yurkanis Bruice university of California, Santa Barbara. Editorial Perason educaciion mexico 2008. Pág 438-466, Capítulo 10. [3] Cooper, Paul W., Explosives Engineering, New York: Wiley-VCH, 1996. ISBN 0-471-18636-8[4] Allinger.Cava.De Jongh.ohnson.Lebel.Stevens QUÍMICA ORGÁNICA/ Organic Chemistry., 2 edición, Copyright © 1971 by Worth Publishers, Inc .