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Pruebas Generales de Alcoholes, Fenoles y Éteres II, parte 2...

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PRUEBAS GENERALES DE REACCIONES DE ALCOHOLES, FENOLES Y ÉTERES Noriega Martinez, Luis E. Leal Yuranis. Peña, Jefferson. Universidad de Cartagena Facultad de ingeniería Ingeniería química Septiembre de 2014 Resumen En esta práctica se trabajó con alcoholes y fenoles, llevando a cabo reacciones de deshidratación y oxidación de alcoholes; y pruebas de fenoles, como Bromo en Agua y Cloruro Férrico, teniendo en cuenta sus propiedades y las reacciones de estos en presencia de otros compuestos, para la identificación de las reacciones más importantes de los alcoholes y el reconocimiento de los mismos. Palabras claves: Alcohol, fenol, oxidación, deshidratación, reacción, test, cloruro férrico, bromo. Abstract In the practice was made with alcohols and phenols, taking place dehydration and oxidation reactions of alcohols; and test for phenols, such as bromine in water and ferric chloride, taking into account their properties and their reactions in presence of other compounds, to identify the most important alcohol reactions and the phenols recognition. Keywords: Alcohol, Phenol, oxidation, dehydration, reaction, test, ferric chloride, bromine. Objetivos Generales  Conocer las distintas reacciones que hay de alcoholes e identificación de fenoles. Objetivos Específicos  Diferenciar la reactividad de los alcoholes en un medio oxidante.

 Realizar pruebas de reconocimiento de fenoles.  Observar la hidratación de alcoholes primarios, secundarios y terciarios. INTRODUCCIÓN Los alcoholes, fenoles y éteres son compuestos orgánicos con un grupo hidroxilo característico unido a un radical alquilo o un radical arilo respectivamente, la solubilidad y la rapidez con la que reaccionan depende de (sí es un alcohol, fenol o éter, designándose respectivamente en forma general como R-OH; Ar-OH; R-O-R, Ar-O-Ar o mixtos). Entre las reacciones más importantes tenemos: Deshidratación de los alcoholes. La deshidratación de alcoholes es el proceso químico que consiste en la conversión de un alcohol en un alqueno por proceso de eliminación. Para realizar este procedimiento se utiliza un ácido mineral para extraer el grupo hidroxilo (OH) desde el alcohol, generando una carga positiva en el carbono del cual fue extraído el OH el cual tiene una interacción eléctrica con los electrones más cercanos (por defecto, electrones de un hidrógeno en el caso de no tener otro sustituyente) que forman un doble enlace en remplazo. Por esto, la deshidratación de alcoholes útil, puesto que fácilmente convierte a un alcohol en un alqueno.

Un ejemplo simple es la síntesis del ciclohexeno por deshidratación del ciclohexanol. Se puede ver la acción del ácido (H2SO4) ácido sulfúrico el cual quita el grupo hidroxilo del alcohol, generando el doble enlace y agua. Oxidación de los alcoholes. La oxidación de alcoholes forma compuestos carbonilos. Al oxidar alcoholes primarios se obtienen aldehídos, mientras que la oxidación de alcoholes secundarios forma cetonas. Oxidación de alcoholes primarios a aldehídos: El trióxido de cromo con piridina en diclorometano permite aislar aldehídos con buen rendimiento a partir de alcoholes primarios. Se conoce como PCC piridinio) al trióxido piridina y ácido diclorometano. Este convierte alcoholes aldehídos.

(clorocromato de de cromo con clorhídrico en reactivo también primarios en

Oxidación de alcoholes primarios a ácidos carboxílicos:

más simple e importante de esta familia es el hidroxibenceno o fenol.

El trióxido de cromo en medio ácido acuoso (reactivo de Jones), el permanganato de potasio y el dicromato de potasio oxidan los alcoholes primarios a ácidos carboxílicos.

Si existen 2, 3 o más grupos OH se denominaran difenoles, trifenoles o polifenoles respectivamente. Cuando los sustituyentes del anillo están vecinos se los llama con el prefijo orto (o). Si hay un lugar de separación entre ellos es meta (m) y si están en lados opuestos para (p) Propiedades del Fenol.

Oxidación de alcoholes secundarios a cetonas

Los oxidantes convierten los alcoholes secundarios en cetonas. No es posible la

Es un sólido que cristaliza como agujas incoloras de olor particular. Su temperatura de fusión es de 38°C y su punto de ebullición de 181°C, es higroscópico, es decir, absorbe mucha agua. Se puede oxidar ante la luz adquiriendo una coloración rosada. Es cáustico. Es poco soluble en agua. Muy soluble en éter y alcohol. Químicamente se comporta como ácido débil. Produce por lo tanto iones hidrógeno al disociarse.

sobre-oxidación a ácido carboxílico.

Con respecto a las reacciones, hay de dos tipos. Las que se relacionan con el grupo OH y aquellas en las que participa el anillo.

Fenoles.

METODOLOGIA

Los fenoles como dijimos resultan de remplazar un hidrógeno o más del anillo aromático por un OH o más El miembro

La práctica realizada se dividió en cuatro partes, donde se hicieron diferentes

pruebas con los alcoholes, fenoles y esteres.  Prueba de oxidación: En cuatro tubos de ensayo pequeños, se colocó en cada uno 5 gotas de n-butanol, Isopropanol, t-butanol y fenol al 5 % en agua. Luego se adicionó a cada tubo 1 gramo del reactivo anhídrido crómico en 1 gota de ácido sulfúrico. Se observaron y anotaron los respectivos resultados.

En cinco tubos de ensayo se colocó respectivamente 10 gotas de etanol, 1butanol, Isopropanol y t-butanol. Luego se adicionó a cada uno de ellos 10 gotas de ácido sulfúrico concentrado. Se observaron y anotaron los respectivos datos.

 Prueba del bromo: En un tubo de ensayo se colocó 3 gotas de solución de fenol en agua al 5 % y se adicionó gota a gota bromo en agua al 10 % hasta que se presentó una persistencia de coloración amarilla pálida.  Prueba del cloruro férrico: En cuatro tubos de ensayo pequeños se colocó respectivamente 5 gotas de fenol en agua al 5 %, 0.1 gramos de resorcinol, 5 gotas de etanol y 0.1 gramos de ácido salicílico al último. Luego se adicionó 1 mL de agua a cada uno de ellos y 2 gotas de solución de cloruro férrico al 1 %. Se agitó y observó los resultados.  Deshidratación de un alcohol:

PRESENTACION, DISCUSIÓN ANALISIS DE RESULTADOS Compuesto orgánico Compuesto orgánico n- butanol 2-butanol 2- butanol t-butanol B- Naftol Éter

Y

Solubilidad en agua en (2mL) Solubilidad NaOH Parcialmente (20%) soluble Soluble Insoluble Soluble Soluble Poco soluble

Tabla 1, Solubilidad de alcoholes y éter en agua. Tabla 2. Solubilidad de un alcohol y fenol en medio alcalino.

Compuesto orgánico

Observaciones

n- butanol (1)

Reacción rápida

2-butanol (2)

Reacción moderadamente rápida. Casi no reaccionó, al cabo de unos minutos, la reacción se observó.

t-butanol (3)

Tabla 3. Resultados de reacción de alcoholes con sodio metálico

Para los resultados obtenidos de la Tabla 1, los 3 alcoholes son solubles en agua, ya sea primario, secundario o terciario, aunque la solubilidad empieza a disminuir para alcoholes C4 en adelante, de cadena normal, debido al efecto predominante del grupo R sobre la porción del grupo OH. Aunque si el n-butanol es alcohol primario, ¿Por qué es menos soluble que el t-butanol, si es terciario? El grupo polar alcohol OH del butanol forma enlaces de hidrogeno con el agua, el extremo apolar del butanol, interacciona solo débilmente con las moléculas de agua, dando una solubilidad limitada. Por otra parte, los éteres presentan una solubilidad en agua comparable a la de los alcoholes, tanto el éter como nbutanol, por ejemplo tienen una solubilidad de unos 8 g por 100 de agua. La solubilidad de los alcoholes inferiores se debe a los puentes de hidrogeno entre moléculas de agua y de alcohol; es probable que la solubilidad de los éteres en agua se debe a la misma causa. [1] Analizando los resultados de la Tabla 2, el ion alcóxido está relativamente poco estabilizado porque no se puede deslocalizar la carga negativa por resonancia. El equilibrio está muy poco desplazado hacia el anión y los alcoholes (2-butanol en este caso) son muy poco

ácidos, no lo suficiente para reaccionar con una base fuerte, el hidróxido de sodio. El alcohol aromático fenol es más ácido que los alcoholes alifáticos debido a la capacidad que tienen los anillos aromáticos de deslocalizar la carga negativa del oxígeno dentro de los carbonos del anillo. El ión fenóxido es más estable que un ión alcóxido típico debido a que la carga negativa no sólo está localizada sobre el átomo de oxígeno sino que está deslocalizada entre el oxígeno y tres átomos de carbono del anillo bencénico.

Un fenol como el 2-naftol o B-naftol es un ácido más fuerte que el agua y puede reaccionar con el ion hidróxido. En otras palabras, este fenol puede disolverse en

una solución acuosa diluida de una base fuerte, el hidróxido de sodio: Figura 1. Reacción del 2-Naftol en medio alcalino (NaOH)

En el tercer y último análisis, para la Tabla 3, aunque los alcoholes son demasiado pocos ácidos para reaccionar de manera apreciable con hidróxido de sodio, con un metal activo como el sodio si es posible. La reacción no es reversible, puesto que se desprende hidrogeno gaseoso que se escapa del sistema. La reacción en general se puede entender como una oxidación/reducción. El sodio cede su único electrón de capa externa al alcohol para formar un átomo de hidrogeno y un ion alcóxido

alcoholes terciarios la reacción con el sodio es muy lenta. Esto se debe al impedimento estérico de los radicales alquilo, ya que este efecto se ve aumentado por el número de radicales, que ocupan un volumen e impiden que se lleve a cabo la reacción, siendo más sencillo colocar un ion sodio para un alcohol primario con un solo radical alquilo, que con un alcohol secundario o terciario que tienen más radicales alquilo en la molécula, esto reflejando la rapidez con que se llevaron a cabo.

(1) + Na+

1 + H2 2 OH CH3 (2)

H3C

+

+ Na+

1 H2 2 CH3 OH(3) +

H3C

Na+

CH3

+

1 H2 2

En la tres reacciones, los alcoholes difieren en el número de radicales alquilo al que se encuentra unido el carbono que aporta el grupo OH. A partir de los resultados obtenidos, un alcohol primario reacciona rápidamente con sodio metálico, los alcoholes secundarios reaccionan más lentamente, y para los

CONCLUSIÓN En esta práctica se observaron las distintas reacciones de los alcoholes y la identificación de los fenoles, como varia la reacción de oxidación y deshidratación si el alcohol es 1°, 2° o 3°, para dar lugar a sus respectivos productos, aldehídos y cetonas para la oxidación y alquenos para la deshidratación. Esta práctica permitió identificar por medio de las soluciones de bromo en agua y el cloruro férrico cuales compuestos contenían el compuesto fenol.

PREGUNTAS

1- Cuál olefina (alqueno) sería el producto principal en la deshidratación catalizada por ácido sulfúrico del alcohol neopentílico (2,2 dimetil propanol). R. // Cuando se trata un alcohol con ácido sulfúrico pueden ocurrir una serie de reacciones. Inicialmente el ácido protona al alcohol dando R-OH2+ el cual puede convertirse, reversiblemente, en un sulfato de alquilo. Sin embargo los productos habituales de esta reacción son los alquenos. La deshidratación del alcohol neopentílico para el que no es posible una deshidratación sencilla puesto que no tiene protones en el carbono beta. Si se trata alcohol neopentílico con ácido sulfúrico se obtiene como producto 2metil-2-buteno. 2- Indique para que se utiliza la decoloración con bromo. Escriba la reacción correspondiente. R. // La prueba del bromo consiste en comprobar la presencia de alquenos o fenoles con una simple prueba con agua de bromo. Con un fenol se lleva a cabo la sustitución electrofílica aromática, formando bromofenoles. La reacción se caracteriza por el cambio de coloración. 3- Explique porque el butiraldehído tiene un punto de ebullición bastante más bajo que el n-butano, siendo sus pesos moleculares bastante cercanos entre sí.

R. // El

butiraldehído tiene un oxigeno unido a un carbono terminal por un doble enlace. Como el oxígeno es más electronegativo tiene una concentración de carga negativa. La carga negativa induce una carga positiva en un extremo de la molécula, porque rechaza electrones. No forma puentes de hidrogeno, pero si dipolos. Los dipolos hacen que el punto de ebullición del butiraldehído sea mayor a la del n-butano, que es una molécula no polar. P.E P.E

butiraldehído: 75ºC n-butano: -1°C

4- Explique en base a ecuaciones que ocurre al agregar solución de permanganato de potasio a una solución de butiraldehído.

5- Escriba una ecuación para la reacción de cada una de las sustancias empleadas con oxidación, bromo y cloruro férrico y ácido sulfúrico.

Oxidación del n-butanol

Oxidación del 2-propanol:

Reacción de deshidratación del etanol:

Oxidación del terc-butanol:

Reacción deshidratación butanol:

del

de n-

Oxidación del fenol:

Reacción de Bromo en agua y fenol:

6- Cuál de los siguientes alcoholes no es oxidado por el ácido crómico: Isobutanol, 1-metil ciclopentanol, 2-metil ciclopentanol R. // El alcohol que no es oxidado por el ácido crómico es el 1-metilciclopentanol ya que este no tiene hidrógenos disponibles en el carbono que contiene el grupo funcional, ellos van dirigidos a radicales enlazados, por lo tanto no hay oxidación.

Reacción de fenol con cloruro férrico:

7- Cómo se puede distinguir mediante pruebas químicas entre el 4clorofenol y el 4-cloro ciclohexanol? R. // Experimentalmente procederíamos a hacer una reacción con un indicador de fenoles como lo es el Cloruro Férrico

(FeCL3), si en la reacción hay un cambio de color de amarillo inicial a violeta, esto indicaría la presencia de fenoles. Bibliografía.  L. G. WADE, JR. -QUIMICA ORGANICA. Quinta edición. Capítulo 10. Páginas 447-449.

 L. G. WADE, JR. -QUIMICA ORGANICA. Quinta edición. Capítulo 10. Páginas 464-466.  L. G. WADE, JR. -QUIMICA ORGANICA. Quinta edición. Capítulo 10. Páginas 412.  Fernández, Germán. Hidrólisis de amida [En línea]. Química orgánica...