Alcoholes Primarios Y Secundarios PDF

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conceptos sobre alcoholes y fenoles, material de estudio en química orgánica...

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Alcohol primario Ir a la navegación Ir a la búsqueda

Etanol

Butaociodo Un alcohol primario es un alcohol que tiene el grupo hidroxilo conectado a un átomo de carbono primario. También se puede definir como una molécula que contiene un grupo “–CH2OH”.1 En contraste, un alcohol secundario tiene una fórmula "-CHROH" y un alcohol terciario tiene una fórmula “–CR2OH”, donde "R" indica un grupo que contiene carbono. Ejemplos de alcoholes primarios incluyen etanol y nonanol. Algunas fuentes incluyen metanol como alcohol primario,23 que incluye la edición de 1911 de la Enciclopedia Británica,4 pero esta interpretación es menos común en los textos modernos Los alcoholes son compuestos que portan el grupo Hidroxilo (-OH). Son compuestos que nos son familiares. La palabra alcohol deriva del árabe, al-kuhl. Dsignaban así a la esencia que podían obtener de la destilación del vino. El Acohol etílico (obtenido por fermentación del vino) lo podemos encontrar en bebidas, cosméticos y fármacos. El Alcohol Metílico se utiliza como combustible o como disolvente. El Alcohol isopropílico se suele usar como desinfectante. ESTRUCTURA La estructura del alcohol es similar a la del agua, donde un hidrógeno se ha substituído por un grupo alquilo. El oxígeno tiene una hibridación sp3, pero el ángulo C-O-H es de (108.9º) mayor que el ángulo H-O-H del agua (104.5º), esto debido a que el grupo alquilo es bastante más voluminoso que el hidrógeno. ¿ QUÉ ES UN ALCOHOL PRIMARIO ? Alcoholes primarios Un alcohol primario es un alcohol que tiene el grupo hidroxilo conectado a un átomo de carbono primario. También se puede definir como una molécula que contiene un "-grupo “–CH2OH”.1 Ejemplos de alcoholes primarios incluyen etanol y butanol.

Algunas fuentes incluyen metanol como alcohol primario,2 3 que incluye la edición de 1911 de la Enciclopedia Británica,4 pero esta interpretación es menos común en los textos modernos. A nivel del lenguaje popular se utiliza para indicar comúnmente a una Bebida alcohólica, que presenta etanol. Formulación: Los alcoholes responden a la fórmula general CnH2n+1OH Propiedades generales: Los alcoholes primarios son líquidos incoloros y de olor desagradable, solubles en el agua en cualquier proporción y menos densos que ella. Los terciarios en cambio son todos líquidos. Su punto de ebullición suele estar en torno a 110 grados Celsius y tiende a aumentar con el número de carbonos. En cuanto al punto de fusión, lo más habitual es que esté por debajo de los -80ºC. Fuentes : Muchos alcoholes pueden ser creados por fermentación de frutas o granos con levadura, pero solamente el etanol es producido comercialmente de esta manera, principalmente como combustible y como bebida. Otros alcoholes son generalmente producidos como derivados sintéticos del gas natural o del petróleo. Usos : Los alcoholes tienen una gran gama de usos en la industria y en la ciencia como solventes y combustibles. El etanol y el metanol pueden hacerse combustionar de una manera más limpia que la gasolina o el gasoil. Por su baja toxicidad y disponibilidad para disolver sustancias no polares, el etanol es utilizado frecuentemente como solvente en fármacos, perfumes y en esencias vitales como la vainilla. Los alcoholes sirven frecuentemente como versátiles intermediarios en la síntesis orgánica. Alcohol secundario: estructura, propiedades, nomenclatura, usos Por Gabriel Bolívar Un alcohol secundario tiene el carbono portador del grupo hidroxilo (OH), unido a dos carbonos. Mientras, en el alcohol primario el carbono portador del grupo hidroxilo está unido a un átomo de carbono, y en el alcohol terciario unido a tres átomos de carbonos.

Los alcoholes son ácidos ligeramente más débiles que el agua, con los pKa siguientes: agua (15,7); alcoholes metílico (15,2), etílico (16), isopropílico (alcohol secundario, 17), y terbutílico (18). Como puede verse, el alcohol isopropílico es menos ácido que los alcoholes metílico y etílico. Todos los alcoholes tienen la fórmula genérica ROH; pero si se observa en detalle al carbono portador, entonces se obtienen los alcoholes primarios (RCH 2OH), secundarios (R2CHOH, aquí planteados), y terciarios (R 3COH). Este hecho marca una diferencia en sus propiedades físicas y reactividad. Estructura de un alcohol secundario Las estructuras de los alcoholes dependen de la naturaleza de los grupos R. No obstante, para los alcoholes secundarios se puede hacer cierta ejemplificación, considerando que solo puede haber estructuras lineales con o sin ramificaciones, o estructuras cíclicas. Por ejemplo, se tiene la siguiente imagen:

Un alcohol secundario cíclico y otro de cadena ramificada. Fuente: Gabriel Bolívar Nótese que para ambas estructuras hay algo en común: el OH está enlazado a una “V”. Cada extremo de la V representa un grupo R igual (parte superior de la imagen, estructura cíclica) o distinto (parte inferior, cadena ramificada). De esta manera se identifica muy fácilmente cualquier alcohol secundario, aun si se desconoce su nomenclatura en absoluto.

Propiedades Puntos de ebullición Las propiedades de los alcoholes secundarios físicamente no difieren demasiado de otros alcoholes. Suelen ser líquidos transparentes, y para ser un sólido a temperatura ambiente necesita formar varios puentes de hidrógeno y tener masa molecular alta. No obstante, la misma fórmula estructural R2CHOH deja entrever ciertas propiedades únicas en general para estos alcoholes. Por ejemplo, el grupo OH se encuentra menos expuesto y disponible para las interacciones por puentes de hidrógeno, R 2CH-OH— OHCHR2. Esto se debe a que los grupos R, adyacentes al carbono portador del OH, pueden interponerse y dificultar la formación de los puentes de hidrógeno. Como resultado, los alcoholes secundarios tienen puntos de ebullición más bajos que los primarios (RCH2OH). Acidez De acuerdo a la definición de Brönsted-Lowry, un ácido es aquel que dona protones o iones hidrógeno, H+. Cuando esto sucede con un alcohol secundario, se tiene: R2CHOH + B– => R2CHO– + HB La base conjugada R2CHO–, anión alcóxido, debe estabilizar su carga negativa. Para el alcohol secundario, la estabilización es menor ya que los dos grupos R poseen densidad electrónica, la cual repele en cierto grado la carga negativa sobre el átomo de oxígeno. Mientras, para el anión alcóxido de un alcohol primario, RCH2O–, hay menor repulsión electrónica al haber solo un grupo R y no dos. Además, los átomos de hidrógeno no ejercen una repulsión significativa, y por el contrario, contribuyen a estabilizar la carga negativa. Por lo tanto, los alcoholes secundarios son menos ácidos que los alcoholes primarios. Si esto es así, entonces son más básicos, y justamente por las mismas razones: R2CHOH + H2B+ => R2CHOH2+ + HB Ahora, los grupos R estabilizan la carga positiva en el oxígeno cediendo parte de su densidad electrónica.

Reacciones Halogenuro de hidrógeno y trihalogenuro de fósforo Un alcohol secundario puede reaccionar con un halogenuro de hidrógeno. Se muestra la ecuación química de la reacción entre el alcohol isopropílico y el ácido bromhídrico, en un medio de ácido sulfúrico, y produciendo bromuro de isopropilo: CH3CHOHCH3 + HBr => CH3CHBrCH3 + H2O Y también puede reaccionar con un trihalogenuero de fósforo, PX3 (X=Br, I): CH3-CHOH-CH2-CH2-CH3 + PBr3 => CH3-CHBr-CH2-CH2-CH3 + H3PO3 La ecuación química de arriba corresponde a la reacción entre el Sec-pentanol y el tribromuro de fósforo, originando bromuro de sec-pentilo. Nótese que en ambas reacciones se produce un halogenuro de alquilo secundario (R2CHX). Deshidratación En esta reacción se pierde un H y un OH de carbonos vecinos, formándose un doble enlace entre estos dos átomos de carbono. Por lo tanto, hay la formación de un alqueno. La reacción requiere de un catalizador ácido y el suministro de calor. Alcohol => Alqueno + H2O Se tiene por ejemplo la siguiente reacción: Ciclohexanol => Ciclohexeno + H2O Reacción con metales activos Los alcoholes secundarios pueden reaccionar con los metales: CH3-CHOH-CH3 + K => CH3CHO–K+CH3 + ½ H+ Aquí el alcohol isopropílico reacciona con el potasio para formar la sal isopróxido de potasio e iones hidrógeno.

Esterificación El alcohol secundario reacciona con un ácido carboxílico para originar un éster. Por ejemplo, se muestra la ecuación química de la reacción del alcohol sec-butílico con el ácido acético, para producir acetato de sec-butilo: CH3CHOHCH2CH3 + CH3COOH CH3COOCHCH3CH2CH3 Oxidación Los alcoholes primarios se oxidan a aldehídos, y estos a su vez se oxidan a ácidos carboxílicos. Pero, los alcoholes secundarios se oxidan a acetona. Las reacciones son usualmente catalizadas por dicromato de potasio (K2CrO7) y el ácido crómico (H2CrO4). La reacción global es: R2CHOH => R2C=O

Nomenclatura Los alcoholes secundarios se nombran señalando la posición del grupo OH en la cadena principal (más larga). Este número antecede el nombre, o puede ir después del nombre del alcano respectivo para dicha cadena. Por ejemplo, el CH3CH2CH2CH2CHOHCH3, es el 2-hexanol o hexan-2-ol. Si la estructura es cíclica, no hay necesidad de colocar un numerador; a menos, que haya otros sustituyentes. Por eso el alcohol cíclico de la segunda imagen se llama ciclohexanol (el anillo es hexagonal). Y para el otro alcohol de la misma imagen (el ramificado), su nombre es: 6-etil-heptan-2ol.

Usos -El sec-butanol se usa como disolvente y producto químico intermedio. Está presente en los fluidos hidráulico para frenos, limpiadores industriales, abrillantadores, decapantes de pinturas, agentes de flotación de minerales, y esencias de frutas y perfumes.

-El alcohol isopropanol se utiliza como disolvente industrial y como anticoagulante. Se emplea en aceites y en tintas de secado rápido, como antiséptico y sustituto del etanol en cosméticos (por ejemplo: lociones para la piel, tónicos capilares y alcohol para fricciones). -El isopropanol es un ingrediente de jabones líquidos, limpiadores de cristales, aromatizantes sintéticos de bebidas no alcohólicas y alimentos. Además, es un producto químico intermedio.

Bromuro de n-Butilo

Elección de reactivos Un bromuro de alquilo primario puede ser preparado mediante calentamiento del alcohol correspondiente con a) ebullición constante de ácido bromhídrico (47% HBr); b) una solución acuosa de bromuro de sodio y ácido sulfúrico en exceso, el cual está en una mezcla de equilibrio conteniendo ácido bromhídrico o c) con una solución de ácido bromhídrico producida por burbujeo de dióxido de sulfuro dentro de una suspensión de bromo en agua. Los reactivos b) y c) contienen ácido sulfúrico a una concentración suficientemente alta como para deshidratar alcoholes secundarios y terciarios a productos indeseables (alquenos y éteres) y por lo tanto el método del HBr a) es preferido para la preparación de haluros de los tipos R2CHBR y R3CBr. Los alcoholes primarios son más resistentes a la deshidratación y pueden ser convertidos eficientemente a los bromuros por los métodos más económicos b) y c), a menos que tengan un peso molecular tan alto como para carecer de la solubilidad adecuada en mezclas acuosas. El método del NaBr-H2SO4 es preferido ante el método del Br2-SO2 por la desagradable propiedad (olor) asfixiante del dióxido de azufre. La ecuación general se presenta más arriba, junto con propiedades claves de los materiales de partida y los principales productos. El cuaderno de laboratorio

El procedimiento siguiente especifica una determinada proporción de alcohol n-butílico, bromuro de sodio, ácido sulfúrico, y agua; define la temperatura y tiempo de reacción; y describe operaciones a ser realizadas en la separación de la mezcla de reacción. La prescripción de cantidades está basada tanto en consideraciones estequiométricas como en las modificaciones surgidas de los resultados de la experimentación. Antes de comenzar los preparativos de un experimento Ud. debería analizar las indicaciones y calcular las propiedades moleculares de los reactivos. La construcción de tablas (ver página siguiente), de propiedades del material de partida, reactivos, productos, y productos secundarios provee una guía en la regulación de la temperatura y en la separación y purificación del producto, y deberían ser añadidas al cuaderno de laboratorio.

Cada mol de alcohol n-butílico teóricamente requiere un mol de bromuro de sodio y ácido sulfúrico, pero la técnica sugiere el uso de un leve exceso de bromuro y dos veces la cantidad teórica de ácido. El exceso de ácido es usado para desplazar el equilibrio en favor de una alta concentración de ácido bromhídrico. La cantidad de bromuro de sodio tomado, arbitrariamente establecida en 1.2 veces la cantidad teórica como una mezcla segura, es calculada como sigue:

El rendimiento teórico es 0,22 mol de producto, correspondientes a los 0,22 mol de alcohol butílico tomados; el peso máximo de producto es calculado así:

0.22 (moles de alcohol) x 137,03 (PM de producto)= 30,1g de bromuro de butilo Los posibles productos secundarios son 1-buteno, dibutiléter, y el alcohol de partida. El alqueno es fácilmente separable por destilación, pero las demás sustancias tienen el mismo rango de punto de ebullición que el producto. De todas formas, los tres posibles productos secundarios pueden ser eliminados por extracción con ácido sulfúrico concentrado. El experimento Poner 27,0 g de bromuro de sodio, 30 mL de agua, y 20ml de alcohol n-butílico en un balón de 250 mL, enfriar la mezcla en un baño de agua-hielo, y agregar lentamente 23 mL de ácido sulfúrico concentrado con agitado y enfriamiento. Montar el balón sobre un mechero y proveerlo de un condensador corto por reflujo (Fig. 17.1). Calentar hasta ebullición, anotar el tiempo, y ajustar la llama a un nivel alto, siempre a reflujo. La capa superior que pronto se separa es el bromuro de alquilo, pues la solución acuosa de sales inorgánicas tiene una densidad mayor. Reflujar por 30 minutos, quitar la llama, y dejar el condensador funcionando por algunos minutos más (la extensión de la reacción a 1 hr aumenta el rendimiento en sólo 1-2%). Retirar el condensador, montar un cabezal de destilación sobre el balón, y colocar el condensador para destilación agregando un codo de destilación para destilar en un Erlenmeyer de 125 mL. Destilar la mezcla, midiendo frecuentemente la temperatura, hasta que dejen de salir gotas insolubles en agua, momento para el cual la temperatura debería haber alcanzado los 115°C (tomar algunas gotas del destilado en un tubo de ensayo y verificar que sea soluble en agua). El aumento del punto de ebullición se debe a la destilación azeotrópica de bromuro de n-butilo con agua, conteniendo cantidades crecientes con ácido sulfúrico, el cual eleva el punto de ebullición. Verter el destilado en un embudo de decantación, agitar con aproximadamente 20 mL de agua, y advertir que ahora el bromuro de n-butilo constituye la capa inferior. Con el agregado de bisulfito de sodio y una nueva agitación, puede dársele una coloración rosa a esta capa para facilitar el seguimiento del bromuro. Descargar la capa más baja en un matraz limpio, limpiar y secar el embudo, y volver a introducirle el bromuro de n-butilo. Luego enfriar 20 mL de ácido sulfúrico concentrado en un baño de hielo y agregarlo al embudo, agitarlo bien, y esperar 5 min para la separación de fases; un método empírico de identificar las capas es dejar caer algunas gotas de la capa inferior en un tubo de ensayo y ver si el material es soluble en agua (H2SO4), o insoluble en agua (bromuro

butílico). Separar las fases, dejar 5 minutos para una mayor separación, y separar de nuevo. Luego lavar el bromuro de n-butilo con 20 mL de un solución de hidróxido de sodio al 10% para remover las trazas de ácido, separar, y tener cuidado de no descartar la capa equivocada. Cloruro de calcio: Remueve el agua y el alcohol de una solución Secar el bromuro de n-butilo turbio agregando 2 g de cloruro de calcio anhidro y calentando la mezcla suavemente en el baño de vapor con agitación hasta que el líquido quede límpido. Decantar el líquido secado en un matraz de 50 mL, usando un embudo equipado con un pequeño filtro de algodón, agregar piedras de ebullición, destilar, y recolectar el material con un rango de ebullición de 99-103°. Rendimiento 21-25 g. Anotar los volúmenes aproximados de la cabeza y el residuo. Una etiqueta apropiada es importante Poner la muestra en una botella de boca estrecha de tamaño apropiado; hacer una etiqueta prolijamente impresa dando el nombre y la fórmula del producto, y el nombre del operador. Presionar la etiqueta contra la botella con un trozo de papel de filtro por un minuto completo y asegurarse que está bien puesta. Después de todo el tiempo gastado en la preparación, el producto final debería ser identificado con una etiqueta cuidadosamente confeccionada y adherida.

Fieser, L.F., Williamson, K.L.; Organic Experiments, 3 rd Ed., D.C. Heath and Co., p. 112, 1974....