Facultad de Ingeniería Licenciatura en Ingeniería QuímicaLaboratorio de Química Orgánica IISección: 01

SÍNTESIS DE ACETALDEHÍDO(Parte A)

Encargada: Ing. Sarah CrespoRicardo Leonel Ortiz García

Carné: 101411Fecha: 26/02’13

ÍNDICE

FUNDAMENTOS TEÓRICOS.......................................................................................................................... 1

PREGUNTAS DE PRE-LABORATORIO........................................................................................................ 3

OBJETIVOS...................................................................................................................................................... 4

DIAGRAMA DEL EQUIPO............................................................................................................................... 5

METODOLOGÍA............................................................................................................................................... 4

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS............................................................................................................... 9

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FUNDAMENTOS TEÓRICOS

FUNDAMENTOS DE LA PRÁCTICA

DestilaciónEl proceso de destilación es utilizado para la separación de mezclas líquidas. Consiste en la

evaporación de una de las sustancias y su posterior recolección; tras condensación. Esta técnica de separación es resultado, de la diferencia en los puntos de ebullición de los constituyentes individuales de la muestra. Un líquido puede ser destilado para su purificación o para separar una mezcla, dado un componente de interés.

Existen varios tipos de destilación, los cuales varían según el punto de ebullición y si la muestra debe ser purificada o separada. Entre estos se conoce:

Destilación simple. Destilación fraccionada. Destilación a presión reducida. Destilación por vapor.

Los equipos de destilación en general presentan las siguientes partes:

Matraz de destilación. Un recipiente de fondo redondo o con forma de pera. Cabezal de destilación, sostiene el termómetro y el canal que mueve el vapor hacia el

condensador. Condensador, usualmente con un área para circular agua. Pieza acotada de la salida de la destilación, permite al destilado caer en el matraz de

recolección. Matraz para recolección, puede ser un tubo, una probeta, o un equipo de fondo redondo.

Destilación SimpleEste proceso de destilación, consiste en el proceso de ebullición de un líquido en un matraz,

cuyos vapores son llevados directamente a un condensador, en el cual los vapores son enfriados y se convierten nuevamente en un líquido que fluye hacia el matraz que recibe la sustancias. Este proceso se utiliza muchas veces para purificar mezclas de líquidos, separando un componente del otro. O bien a partir de sustancias no volátiles o de otro líquido que se diferencia en el punto de ebullición que es menor a 75 °C .

El condensado inicial tendrá esencialmente la misma relación molar de los líquidos, así como el vapor. Cuanto más cercano sea el valor de los puntos de ebullición de las sustancias será más complejo poder separar dichas muestras.

Cuando una mezcla de sustancias es destilada, frecuentemente la temperatura no se mantiene constante, sino incrementa conforme la destilación. Esto se debe a que la composición del vapor del destilado varía continuamente durante la destilación.

Imagen 4. Comportamiento de la temperatura, en función a los componentes de una mezcla. Obtenido de: (Masters & Williamson,2011).

En la imagen 4. Puede apreciarse el proceso los tres tipos de comportamiento que posee la temperatura durante una destilación simple. (A), es cuando existe un único componente. (B) Dos componentes con un

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punto de ebullición similar. (C) Dos componentes con un punto de ebullición con un rango muy amplio. Tanto en (A) como en (C) se pueden realizar perfectas separaciones.

Imagen 5. Sistema de destilación simple. Obtenido de: (Masters & Williamson, 2011)

La transferencia de un soluto de un solvente a otro se denomina extracción. Más específicamente extracción líquido-líquido. El soluto es extraído de un solvente a otro, porque el soluto es más soluble en el segundo solvente, que en el original. Los solventes deben de ser entre sí, inmiscibles y deben de formar dos fases por separado. Este proceso de extracción, utiliza de forma convencional éter dietílico como solvente y una ampolla de decantación. El procedimiento consiste, en adicionar la mezcla en la ampolla de decantación, posteriormente se añade el solvente en el cual, la mezcla no es soluble. Se agita y posteriormente se añade agua o un solvente adecuado, para lavar las trazas de la mezcla recién separada.

El proceso de extracción líquido-líquido, puede llegar a ser confundido con el proceso de lavado. Porque metodológicamente son el mismo. La razón por la que es realizado cada uno de ellos es distinta: En el caso de una extracción, se desea obtener de una muestra una única sustancia que es de interés. Al realizarse un lavado, se busca eliminar contaminantes, que son ajenos a la sustancia de interés.

Ampolla de decantación

Este instrumento de laboratorio, diseñado para la separación de sustancias. Es sumamente frágil. Cuando el líquido a separar sea añadido, este debe de ser colocado en un anillo de hierro y este debe poseer un recubrimiento plástico.

Para iniciar un proceso de extracción, el primer paso es cerrar la llave de flujo. Y con la ayuda de un embudo, llenar con la solución a extraer y añadir el segundo solvente a utilizar. Posteriormente cerrar este y proceder a agitar, con ambas manos. Siempre debe de sostenerse en la parte inferior. Luego de agitar, debe de abrirse la llave de flujo y liberar el gas contenido en el mismo. Repitiendo este proceso hasta que ya no pueda ser audible la liberación de gas.

Cuando el proceso de separación ha sido terminado, debe de colocarse la ampolla en un anillo de hierro. Y debe de ser removido el tapón de vidrio de la parte superior de forma inmediata. Se observará que se crean dos capas. De utilizar éter dietílico como solvente, la capa orgánica se verá formada en la parte superior del matraz. Cuando sea de interés eliminar la fase acuosa, esta debe de ser eliminada a través de la llave de flujo Y la capa orgánica remanente, se debe de añadir por segunda ocasión éter fresco. Con lo cual se elimina las trazas de la fase acuosa, tras agregar un agente secante.

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Imagen 1. Ampolla de decantación. Obtenido de: (Pavia, Lampman, Kriz, & Engel, 2002)

SolventesEn un sentido limitado una solución son fases homogéneas de líquidos de sustancias en radios

variables (Reichardt, 2004). Cuando por conveniencia una sustancia, la cual es llamada solvente y esta puede ser una mezcla, es tratada diferente respecto a otras sustancias, las cuales se denominan solutos. Por lo cual, la sustancia en menor cantidad es denominada soluto y la que esté en exceso, solvente (Chang, 2007).

Durante las soluciones y preparación de estas, se rige la solubilidad de estas así como su miscibilidad. En la cual se involucran propiedades como la polaridad de las moléculas. De forma correspondiente, la interacción entre el solvente y el soluto, conforme a su polaridad puede ser resumida en la siguiente tabla:

Tabla 1. Interacción entre solventes y solutos.Soluto A Soluto B Interacción Solubilidad de A en B

A⋯ A B⋯ B A⋯BNo-Polar No-Polar Débil Débil Débil Puede ser alta1

No-Polar Polar Débil Fuerte Débil Probablemente baja2

Polar No-Polar Fuerte Débil Débil Probablemente baja3

Polar Polar Fuerte Fuerte Fuerte Puede ser alta

Interacciones intermoleculares entre los solventes, pueden ser resumidas como:

1. Fuerzas atractivas de London.2. Fuerzas atractivas Dipolo-Dipolo.3. Puentes de hidrógeno.4. Fuerzas atractivas entre iones.5. Competencia molecular, fuerzas/solubilidad.

Fuerzas atractivas de London.Moléculas que contienen únicamente carbono e hidrógeno, son débilmente atraídas unas a otras

por medio de fuerzas de London. Estas fuerzas son causadas por cargas momentáneas en la densidad electrónica de la molécula, ya que es la única fuerza presente en los compuestos apolares (se aclara que todos los compuestos poseen fuerzas de dispersión de London). El área superficial de la molécula determina la fuerza de las interacciones, de Van der Waals (Fuerzas de London). Con lo cual, a mayor área superficial, mayor será la atracción entre moléculas.

Pese a que estas fuerzas son débiles, la intensidad entre las mismas aumenta conforme el tamaño de la molécula aumenta. Por lo cual mientras más grande sea la molécula; mayor será la atracción de esta con moléculas vecinas.

Otro factor determinante en estas, es la polarización. La cual se define como una medida en la cual, las nueves de electrones alrededor del átomo responde a los cambios en su ambiente electrónico.

1 No varía la interacción entre el soluto o el solvente.2 Es difícil romper la interacción entre B⋯ B3 Es difícil romper la interacción entre A⋯ A

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Fuerzas atractivas Dipolo-DipoloSon las fuerzas atractivas entre dipolos permanentes, de dos moléculas polares. Aumenta,

conforme los compuestos posean grupos funcionales o átomos sumamente electronegativos como Cloro, Iodo, Nitrógeno, Oxígeno o Flúor. Estos átomos mueven hacia sí los electrones, logrando que una parte del enlace posea una carga parcial negativa, con lo cual generan un polo en cada extremo de la molécula. Estos polos, incrementan las fuerzas intermoleculares, ya que extremos con la misma carga son repelidos y extremos con la misma carga, son atraídos.

Puentes de hidrógenoEste tipo de fuerzas, ocurren cuando un hidrógeno unido a un oxígeno, nitrógeno o flúor, es

electroestáticamente atraído a un par de electrones en un oxígeno, nitrógeno o flúor de otra molécula.

Fuerzas atractivas entre ionesLos compuestos iónicos (átomos, moléculas o una combinación de ambos, con distinta carga) están

unidos por interacciones electroestáticas extremadamente fuertes. En una mayoría los compuestos orgánicos, no poseen este tipo de fuerzas con tres simples excepciones.

1. El hidrógeno en el −OH de un grupo carboxilo, en ácido carboxílicos; cuando reacciona con bases para formar sales.

2. El hidrógeno en un grupo −OH que está unido a un anillo aromático, el cual es ligeramente ácido y reacciona con bases fuertes, formando sales.

3. Aminas, las cuales son básicas, las cuales reaccionarán con ácidos para formar sales de aminas.

COMPUESTOS A UTILIZAR

Molécula 1. Etanol.

Molécula 2. Ácido sulfúrico.

Compuesto 1. Dicromato de sodio.

Las sustancias a utilizar durante la práctica son:Nombre Densidad (g/mL) Punto de fusión

(° C)Punto de ebullición

(° C)Etanol 0.789 −114 78.37Ácido sulfúrico 1.84 10 337Dicromato de sodio 2.52 356.7 400

ALDEHÍDOS:

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Dos grandes grupos de compuestos contienen el grupo carbonilo:[1] Compuestos que únicamente poseen átomos de carbono e hidrógeno unidos al grupo

carbonilo. Un aldehído posee al menos un hidrógeno unido al grupo carbonilo. Una cetona posee dos grupos alquilo o arilo unidos al grupo carbonilo.

[2] Compuestos que contienen átomos electronegativos unidos al grupo carbonilo.

El grupo carbonilo se caracteriza por el traslape de dos orbitales p y se extiende por encima y debajo del plano. Se caracteriza el enlace C=O dado que el átomo de oxígeno electronegativo es polarizado en el enlace y el carbono queda deficiente de electrones.

Reacciones generales de compuesto con grupo carboniloEl oxígeno electronegativo hace que el carbono del carbonilo sea electrófilo, y porque presenta

una geometría trigonal plana, el carbono del carbonilo está menos rodeado. Por tanto el carbonilo, puede reaccionar con nucleófilos.

En el caso de los aldehídos y cetonas reaccionan por medio de adiciones nucleófilicas. Donde el primer paso consiste en el ataque por parte del nucleófilo al carbonilo electrófilo. Y mientras el nuevo enlace se forma, el enlace π se rompe, formando de esta forma un intermediario con hibridación s p3. En el segundo paso se lleva a cabo la protonación del átomo de oxígeno con carga negativa por el agua.

Mecanismo de reacción 1. Adición nucleofílica. Fuente: (Furniss, Hannaford, Smith, & Tatchell, 1989)

Los aldehídos son muchos más reactivos que las cetonas por medio de ataques nucleofílicos tanto por razones estéricas como electrónicas. Ya que los aldehídos poseen un menor impedimento estérico dada la presencia de un único grupo alquilo o arilo. Y es a su vez menos estable porque la carga negativa del oxígeno es únicamente estabilizada por la presencia del grupo arilo o alquilo.

Imagen 1. Características de los compuestos aldehídos para ataques nucleofílicos.

Oxidación y reducción:

Por definición en Química Orgánica se define la oxidación y reducción de la siguiente forma: Oxidación resulta en un incremento del número de enlaces C−Z, donde Z es un heteroátomo.

O de la disminución en el número de enlaces C−H . Reducción resulta de la disminución de enlaces C−Z, o del incremento de enlaces C−H .

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Dada la estructura de los aldehídos estos pueden ser tanto, oxidados como reducidos. Siendo reducidos a alcoholes o reducidos a ácidos carboxílicos.

TRANSFORMACIONES FÍSICAS Y/O QUÍMICAS

Será disuelto ácido en agua, liberando calor debido a la entalpía de hidratación. Posteriormente la solución realizada con Dicromato de sodio, será de color naranja y conforme se adiciona a la mezcla anterior descrita, se volverá incolora. Por la formación de ácido crómico y la formación de acetaldehído.

PREGUNTAS DE PRE-LABORATORIO

1. ¿Qué métodos de identificación existen para identificar aldehídos?

Existen muchos métodos para la determinación de la presencia de aldehídos, serán citados algunos:

2-4-dinitrofenilhidrazina. o Forma un precipitado al existe la presencia de un aldehído o cetona.

Test de Tollen.o Forma un precipitado tras la adición del reactivo.

Debe realizarse en un tubo de ensayo limpio y libre de grasas para poder observar el precipitado.

Test de Jones (Ácido crómico).o En el caso de reaccionar en forma positiva con aldehídos o alcoholes primarios o

secundarios, produce una suspensión opaca de color verde o incluso azul. Reactivo de Schiff.

o Consiste en la adición de una sal de bisulfito. En esta se formará una coloración magenta.

Test de Iodoformo.o Consiste en la adición de una mezcla de hidróxido de sodio y iodo molecular, en la cual

por medio de una oxidación es formado un sólido amarillo de ser positiva la prueba.

2. Diagrame el aparato de destilación que empleará en la práctica.

Diagrama de Equipo 1. Sistema a utilizar en síntesis de acetaldehído. (Realizado para el presente reporte).

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3. Investigue las pruebas de Tollens, Lucas y del ácido crómico.

La prueba de Tollens consiste en la adición del reactivo de Tollens (un complejo acuoso de diamina-plata). El cual por medio de una reducción forma un sólido de plata, una sal amoniacal, agua y amoniaco acuoso. La reacción llevada a cabo es la siguiente.

Reacción Cualititativa 1. Test de Tollens.

El test de Lucas, consiste en la adición del reactivo de Lucas (una mezcla de ácido clorhídrico con cloruro de cinc) la cual detecta la presencia de alcoholes, primarios, secundarios o terciarios. Esta prueba falla al tratar de detectar la presencia de alcoholes primarios.

El test de ácido crómico o reacción de Jones, consiste en añadir una solución formada por ácido sulfúrico y anhídrido crómico y por medio de una reacción de oxidación, formar una solución con coloración verde. Dada la oxidación de cromo +6 a cromo +3. La reacción se presenta a continuación.

Reacción Cualitativa 2. Test de ácido crómico.

OBJETIVOS

1. Sintetizar acetaldehído.2. Determinar la presencia de acetaldehído por medio del test de Tollens y obtener un precipitado

plateado o negro.3. Determinar la presencia de acetaldehído por medio del test de ácido crómico y observar una

coloración verde en la muestra.4. Determinar la presencia de acetaldehído por medio del test de Lucas y observar una suspensión

de color verde a color azul.

METODOLOGÍA

El equipo requerido para llevar a cabo la práctica consiste en:

1 Balón de ebullición de 250mL. 1 Balón de ebullición de 100mL. 4 Perlas de ebullición. 1 Ampolla de decantación. 1 Condensador Liebig.

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1 Tubo de Claisen. 1 Adaptador para termómetro. 1 Termómetro. 1 Conecto de tres pasos.

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MECANISMOS CON REACCIÓN

Reacción 1. Formación de ácido dicrómico y posterior formación de ácido crómico, tras presencia de ácido sulfúrico concentrado y agua respectivamente.

Mecanismo 1. Reacción de etanol con ácido crómico en formación del estado de transición de ácido crómico y alcohol.

Mecanismo 2. Formación de acetaldehído tras estabilización del complejo de transición.

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

1. Chang, R. (2007). Química . Madrid: McGraw-Hill.2. Furniss, B. S., Hannaford, A. J., Smith, P. W., & Tatchell, A. R. (1989). VOGEL's Textbook of Practical

Organic Chemistry. London: Longman Scientific & Technical.3. John, R. D., Jones, A. M., Holmes, D., Reed, R., Weyers, J., & Jones, A. (2002). Practical Skills in

Chemistry. Essex: Pearson Educated Limited.4. Levine, I. N. (2008). Physical Chemistry. Brooklyn, New York: McGraw-Hill Science.5. Masters, K. M., & Williamson, K. L. (2011). Macroscale and Microscale Organic Experiments. Belmont:

Cengage Learning.6. Pavia, D. L., Lampman, G. M., Kriz, G. S., & Engel, R. G. (2002). Microscale and Macroscale Techniques in

the Organic Laboratory. Washington: Thomson Brooks/Cole.7. Zubrick, J. W. (2011). The Organic Chem Lab Survival Manual. Hudson: John Waley & Sons, Inc.