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PROPIEDADES FÍSICAS Y QUÍMICAS DE ALCOHOLES, FENOLES Y ÉTERES 1,2

Universidad Distrital Francisco José de Caldas, Facultad de Ciencias y Educación, 1Estudiantes Química Orgánica I-01, Proyecto Curricular Licenciatura Química, 2Profesor, [email protected]* Bogotá, D. C., 25 Abril de 2016

RESUMEN Las propiedades de los alcoholes y fenoles en cuanto a su estructura están bastante relacionados con la molécula de agua, los fenoles derivados de arilados de agua y los alcoholes derivados de alquilados de agua todos con un grupo hidroxilo en común el cual determina las propiedades físicas y químicas de los dos grupos. Las reacciones más comunes de estos, se dan al comportarse como ácidos con diferencia en que el enlace C-OH en los fenoles es bastante más fuerte que en los alcoholes; además de la característica de los alcoholes de la capacidad de comportarse y reaccionar como ácidos, bases o agentes reductores fuertes. Por otro lado los fenoles tienen como reacciones principales el rompimiento en la unión éter haciendo que se abra el anillo. Durante la práctica de laboratorio se hizo el reconocimiento de características de alcoholes primarios, secundarios y terciarios además de algunos éteres y fenoles y sus diferencias, mediante pruebas de miscibilidad en agua y algunos otros ensayos para reconocer e identificar los alcoholes a los cuales correspondían tres muestras problemas, obteniendo como resultado el análisis para cada una de ellas y su comportamiento comparado con los alcoholes conocidos. PALABRAS CLAVE Alcoholes primarios, secundarios y terciarios, fenoles, éteres, miscibilidad, hidrocarburos, peso molecular, acidez, ionización, grupo funcional. ABSTRACT The properties of the alcohols and phenols in terms of their structure are quite related with the water molecule, phenols derived from arilads of water and the alcohols derived from rented of water each with a hydroxyl group in common which determines the physical and chemical properties of the two groups. The most common reactions of these, are given to behave as acids with difference in that the link C-OH in the phenols is quite stronger than in the alcohols; in addition to the feature of the spirits of the ability to behave and react as acids, bases or reducing agents strong. On the other hand the phenols have as main reactions the rupture in the European ether causing it to open the ring. During the practical laboratory was the recognition of characteristics of primary alcohols, secondary and tertiary plus some ethers and phenols and their differences, through tests of miscibility in water and some other tests to recognize and identify the spirits which were three samples problems, obtaining as a result the analysis for each one of them and their behavior compared with the alcohols known. KEY WORDS Alcohols: primary, secondary and tertiary, phenols, ethers, miscibility, hydrocarbons, molecular weight, acidity, ionization, functional group. ________________________________________________________________________________ 1.

INTRODUCCIÓN

2.

METODOLOGÍA

2.1.

Solubilidad de los alcoholes en agua

Se agregaron 0,5mL de cada muestra en tubos de ensayo rotulados para posteriormente adicionar 0,5 mL de agua destilada en cada uno de ellos. Se agito vigorosamente anotando la solubilidad en cada caso. (Soluble, parcialmente soluble e insoluble).

2.2.

Solubilidad de los fenoles en agua

En un tubo de ensayo se mezcló fenol y agua destilada. Se introdujo un termómetro y se calentó la mezcla en un baño de maría a 70°C. La solución se agito suavemente y se dejó enfriar lentamente, anotando la temperatura a la cual se formó turbidez en la solución. 2.3.

Ensayo de Lucas

Se disolvió una gota de la muestra en 1 mL de CHCl3 y se agregó 1 mL de solución de cloruro férrico al 1 % (p/v) en CHCl3, agitando la mezcla y adicionando 1 gota de piridina; la aparición de una coloración rápida indico la presencia de un fenol o de un enol. 2.9.

Ensayo de nitrato cérico amónico

Se colocaron 0,5 mL de cada alcohol y muestra desconocida en tubos rotulados, se agregaron 3 mL del reactivo de Lucas en cada tubo, agitando fuertemente y se anotó el tiempo cronometrado en la aparición de la turbidez.

En tubos de ensayo rotulados se diluyeron 0,5 mL del reactivo de nitrato cérico amónico en 3 mL de agua destilada, agitando fuertemente hasta disolución completa, luego se añadieron 4 gotas del compuesto anotando la coloración formada. Dando como resultados coloración de amarillo a rojo para alcoholes; un precipitado que va de color carmelita a una tonalidad carmelita-verdoso para fenoles.

2.4. Oxidación con solución de KMnO4 al 0.5 % (p/v) o K2Cr2O7 al 1 % (p/v)

2.10.

Se colocaron 0,5 mL del alcohol en tubos rotulados y para cada tubo se agregaron 2,5 mL de agua destilada, posteriormente se acidulo con 1 mL de H2SO4 10 % (p/v), y se añadieron 2 gotas de solución de KMnO4 al 0.5 % (p/v) registrando lo observado. 2.5.

Oxidación con K2Cr2O7 al 1 % (p/v)

Se colocó en cada tubo rotulado 1 mL del alcohol en tubos rotulados y a cada tubo agregar 2 gotas de H2SO4 al 10 % (p/v) y 2 gotas de K2Cr2O7 al 1 % (p/v), agitando fuertemente y se registró lo observado. 2.6.

Prueba con Na metálico

En tubos de ensayo secos se adiciono 1 mL de cada alcohol anotando las observaciones y reconociendo la formación del precipitado 2.7.

Prueba con NaOH al 5 % (p/v)

Se colocaron en tubos rotulados 1 mL del alcohol, y posteriormente se agregaron 2 mL de NaOH 5 % (p/v). Agitando y anotando la solubilidad luego de dejar reposar. 2.8. Ensayo de cloruro férrico al 1 % (p/v) en CHCl3

Reacción con Br2 al 2 % (p/v) en CCl4:

Se disolvieron 0,5 mL de la muestra en 2 mL de CCl4 y se agregó una solución de Br2 al 2 % (p/v) en CCl4. 2.11.

Reacción con agua de bromo

Se añadió gota a gota una solución saturada de bromo en agua a los compuestos a probar para observar la decoloración dando prueba positiva para fenoles. 2.12.

Copulación con sales de diazonio

Se colocó el compuesto a probar, diluido en añadir 2 mL de acetato de sodio al 10 % (p/v), se colocó en baño de hielo, luego se adiciono lentamente 2 mL de la solución de sal de diazonio fría (para preparar esta solución, se adiciono en un tubo de ensayo 1 mL de solución de p-nitroanilina en ácido sulfúrico al 10 % (p/v) y 1 mL de nitrito de sodio al 10 % p/v). 2.13. Ensayo cloroformo

de

KOH

en

presencia

de

En tubos de ensayo se colocó un poco de fenol y se adiciono 1 mL de CHCl3 y luego una lenteja de KOH. Colocando en un baño de hielo se decantó el cloroformo y se reemplazó por 1 mL etanol absoluto. Se agito y observo la coloración tomada por el etanol después de 5 minutos de reacción.

2.14.

Ensayo de Ferrox

Se preparó inicialmente el hexatiocianatoferrato de hierro (III), colocando un cristalito de sulfato férrico amónico y uno de Tiocianato de potasio en una cápsula de porcelana triturándolos con una varilla de vidrio hasta que la masa se adhirió. Se adicionaron 4 gotas del líquido a ensayar en un tubo de ensayo con el agitador usado anteriormente, observando la coloración roja o rojo-púrpura, si el compuesto contiene oxígeno, azufre o algunas veces nitrógeno.

importancia en relación con el grupo alquílico al hacerse más grande, lo que hace que la parte apolar de la molécula adquiere mayor particularidad y la solubilidad disminuye. [2] 3.2.

Solubilidad de los fenoles en agua

Tabla 2. Datos obtenidos para fenoles en agua. Compuest o

Temperatura de turbidez

Observaciones

58°C

Disolución del sólido y coloración naranja traslucida

Fenol 3.

RESULTADOS Y ANÁLISIS

3.1.

Solubilidad de los alcoholes en agua

Tabla 1. Resultados para prueba de solubilidad en agua. Muestra Solubilidad Butanol Parcialmente soluble 2- Butanol Parcialmente soluble Te butanol Soluble Fenol Insoluble Debido a los puentes de hidrogeno formados con el agua, por el grupo OH de los alcoholes la solubilidad de los alcoholes se da más fácilmente, esta solubilidad cambia a medida que el peso molecular aumenta, es decir que los de menor peso molecular se solubilizaran con mayor facilidad en agua, esto por la afinidad entre moléculas

Figura 2. Asociación por puentes de hidrogeno entre las moléculas de un fenol. La fácil solubilidad del fenol en agua se relaciona con la posibilidad de asociarse con moléculas del agua por puentes de hidrogeno como se muestra en la figura 2 aun cuando se trata de un alcohol de 6 carbonos, esto también está dado por su forma compacta y la estabilidad de los enlaces de hidrogeno que establece con las moléculas de agua. [2] 3.3.

Ensayo de Lucas Muestra

Figura 1. Formación de puentes de hidrogeno entre moléculas de agua y alcoholes. La solubilidad de los alcoholes también se ve afectada a medida que el grupo hidroxilo pierde

Muestra problema 1 Muestra problema 2 Muestra problema 3 Butanol 2- Butanol Te butanol

Tiempo de aparición de turbidez (seg) 7 23 5,3 Sin aparición de turbidez 5 minutos 3,5

Fenol 4 El ensayo con el reactivo de Lucas se hace con el fin de determinar la presencia de alcoholes primarios secundarios y/o terciarios diferenciados por la velocidad de reacción, la reacción general se representa de forma general de la siguiente manera.

Teniendo en cuenta lo anterior, y con los resultados mostrados en la tabla se puede corroborar que la velocidad de reacción del alcohol terciario utilizado (terbutanol) fue mucho más rápido que los otros esto se debe a la fácil eliminación de H2O2 en la interacción del hidrogenión que aporta el ácido clorhídrico, con el grupo hidroxilo para la formación del carbocatión más rápidamente y con ello la formación del haluro de alquilo correspondiente.

Te butanol Fenol

El tiempo de reacción de los tres alcoholes utilizados fue mucho mayor en los alcoholes primarios, seguido de los alcoholes secundarios y en los alcoholes terciarios no se observó reacción, esto debido a que la oxidación de los alcoholes se da por la presencia de hidrógenos α únicos a un carbono el cual a su vez se encuentra unido al grupo hidroxilo formando así, compuestos carboxílicos, debido a que en los alcoholes terciarios no hay dichos hidrógenos, estos, no se oxidan.

3.6.

Prueba con Na metálico Muestra

Muestra problema 1 3.4. Oxidación con solución de KMnO4 al 0.5 % (p/v) o K2Cr2O7 al 1 % (p/v)

Muestra problema 2 Muestra problema 3 Butanol

3.5.

Oxidación con K2Cr2O7 al 1 % (p/v) Muestra

Muestra problema 1 Muestra problema 2 Muestra problema 3 Butanol 2- Butanol

Observaciones Coloración verde y solución azul clara Aparición de dos fases, superior color verde e inferior Coloración amarillanaranja dos fases, color verdoso solución azul clara

Coloración amarillanaranja Coloración negra

2- Butanol Terbutanol Fenol

Observaciones Reacción rápida y exotérmica Reacción lenta Reacción rápida Reacción medianamente lenta Reacción rápida y exotérmica Reacción rápida y coloración blanca Sin formación de precipitado

Para esta prueba se observó que el la reactividad de los alcoholes aumento así: terciario > secundario > primario la reacción se da por el rompimiento del enlace oxigeno-hidrogeno desprendiéndose hidrogeno en forma de gas, esto está relacionado por el carácter acido con el que reaccionan los alcoholes.

1. ACUÑA, A, Flora, Química orgánica, Editorial Universidad estatal a distancia (2006). 3.7. Prueba con NaOH al 5 % (p/v) Ensayo de cloruro férrico al 1 % (p/v) en 3.8. CHCl3 Muestra Butanol 2- Butanol Te butanol Fenol Muestra problema 1 Muestra problema 2 Muestra problema 3

Observaciones Coloración amarilla Coloración amarilla Coloración amarilla Coloración amarilla y solución morada Coloración amarilla Coloración amarilla Coloración amarilla

Debido a que es una prueba específica para fenoles se observó que fue en el único que se dio coloración morada además de suspensión amarilla de los otros casos, esto es debido a la formación de un complejo con la sal férrica que da el color característico. 3.9.

Ensayo de nitrato cérico amónico

Reacción con Br2 al 2 % (p/v) en CCl4: 3.10.

Reacción con agua de bromo

Esta prueba cualitativa para fenoles se da formando productos de sustitución insolubles, debido a la rapidez con que se sustituyen las posiciones ortometa y para, la reacción es bastante rápida y conlleva a la formación del 2, 4,6-tribromofenol.

3.11.

Copulación con sales de diazonio

3.12.

Ensayo de KOH en presencia de cloroformo

3.13. 4. 5.

Ensayo de Ferrox CONCLUSIONES BIBLIOGRAFÍA

2. RESTREPO, M, Fabio, RESTREPO, M, Jairo, Hola Química, Tomo 2, Susaeta Ediciones (2003). 3. T. A. Geissman, Principios de química orgánica, Reverte, 1973 Daniel J. Pasto, Carl R. Johnson, 4. Determinación de estructuras orgánicas, Reverte, 1981 Rodger W. Griffin, 5. moderna, Reverte, 1981

Química

orgánica

6. Federico Klages, Tratado de química orgánica: Química orgánica sistemática, Reverte, 2006 Eduardo Primo Yúfera, Química orgánica 7. básica y aplicada: de la molécula a la industria, Volumen 1, Reverte, 1994. Norman L. Allinger, Química orgánica, 8. Reverte, 1974...