Práctica 8 - Propiedades-DE-LOS- Ácidos- Carboxílicos PDF

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Laboratorio de Química Orgánica II, P8 (2015) PROPIEDADES DE LOS ÁCIDOS CARBOXÍLICOS Stefania Vargas Vélez, Alejandra González, Laura del mar Trujillo Programa de Química, Universidad del Quindío Docente. Edwar Cortes G.

RESUMEN En la presente práctica se realizaron diferentes procedimientos para determinar las características, propiedades físicas y reacciones químicas de los ácidos carboxílicos, se realizó un ensayo de reconocimiento y diferenciación, de las cuales se llevaron a cabo pruebas de organoléptica para una valoración cualitativa que se realiza sobre una muestra para identificar su olor característico, prueba de Solubilidad y Acidez , dando como resultado que alguno de los compuestos utilizados como el ácido acético fue soluble en agua, en cambio el ácido Benzoico fue insoluble, ya que la mayor parte de la molécula es no polar ; en la prueba de saponificación se realizó la producción y formación de jabón, causado principalmente por la disociación de las grasas en un medio alcalino.

INTRODUCCION. Los ácidos carboxílicos son similares en varios aspectos a las cetonas y a los alcoholes, ya que estos están compuestos de un grupo carbonilo y un hidroxilo en el mismo átomo de carbono recibiendo así el nombre de grupo carboxilo, donde el -OH es el que sufre casi todas las reacciones: pérdida de protón (H+) o reemplazo del grupo –OH por otro grupo. Al igual que las cetonas, el carbono del grupo carboxilo tiene hibridación sp2 y, por lo tanto, los grupos ácido carboxílico son planos con ángulos de enlace del C−C=O y del O=C−O de aproximadamente 120°. Al igual que los alcoholes, los ácidos carboxílicos están fuertemente asociados debido al puente de hidrógeno.1 La mayor parte de los ácidos carboxílicos existen como dímeros cíclicos unidos entre sí por dos puentes de hidrógeno, duplicando con eficacia la masa molecular de las moléculas salientes de la fase liquida 2. Este fuerte puente de hidrógeno tiene un efecto notable en los puntos de ebullición, haciendo que los ácidos carboxílicos tengan puntos de ebullición a temperaturas superiores a los de los alcoholes, cetonas o aldehídos de masas moleculares similares correspondientes.

Figura 1. Dímero del ácido carboxílico https://es.wikipedia.org/wiki/D%C3%ADmero_%28qu%C3%ADmica%29

El punto de fusión varía según el número de carbonos, siendo más elevado el de los ácidos fórmico y acético, al compararlos con los ácidos propiónico, butírico y valérico de 3, 4 y 5 carbonos, respectivamente. Después de 6 carbonos el punto de fusión se eleva de manera irregular.2 La propiedad más evidente de los ácidos carboxílicos está implícita en su nombre: los ácidos carboxílicos son ácidos, por lo tanto, reaccionan con bases como NaOH y NaHCO3

para dar sales metálicas de carboxilato, RCO2- M+. Los ácidos carboxílicos forman enlaces por puentes de hidrogeno y al tener masas moleculares más pequeñas son miscibles en agua, pero con más de seis átomos de carbono son insolubles en el agua, pero las sales de los metales alcalinos de los ácidos carboxílicos con frecuencia tienen una alta solubilidad en agua. De hecho, con frecuencia es posible purificar un ácido por extracción de su sal en una base acuosa, reacidificándolo y extrayendo nuevamente el ácido puro en un disolvente orgánico. Los ácidos carboxílicos son muy solubles en alcoholes, y ya que no son tan polares como el agua, son solubles en cadenas carbonadas más largas. Los ácidos carboxílicos son bastantes solubles en disolventes no polares como el cloroformo ya que en el ácido continua existiendo su forma dimerica en el disolvente no polar ya que no se interrumpe el dímero cíclico.1 Los ácidos carboxílicos son mucho más ácidos que los alcoholes, aun cuando ambos contienen grupos, la razón es que aunque un alcohol se disocia para dar un ion alcóxido, en el que la carga negativa se localiza en un solo átomo electronegativo; los ácido carboxílico da un ion carboxilato, en el que la carga negativa está deslocalizada sobre dos átomos de oxígeno equivalentes. En términos de resonancia, un ion carboxilato es un híbrido de resonancia estabilizado de dos estructuras equivalentes. Dado que un ion carboxilato es más estable que un ion alcóxido, es menor en energía y está más favorecido en el equilibrio de disociación.1 Un ácido carboxílico cede protones por ruptura heterolítica de enlace O-H dando un protón y un ion carboxilato. Los ácidos carboxílicos no sólo son importantes por ellos mismos, sino también porque sirven como materias de partida para la preparación de numerosos derivados acílicos, como por ejemplo: ésteres, amidas, anhídridos, sales y haluros de ácido. Debido a que el grupo funcional ácido carboxílico se relaciona estructuralmente con cetonas y alcoholes. 2

Laboratorio de Química Orgánica II, P8 (2015)

RESULTADOS Y DISCUSION 1.

Prueba Organoléptica:

En tres tubos de ensayo se adicionaron unas gotas de diferentes ácidos con el fin de determinar su olor y sus características físicas: 

Tubo 1: Ácido acético (CH3COOH), liquido incoloro, que presenta un olor penetrante a vinagre.



Tubo 2: Ácido propionico (C3H6O2), liquido incoloro, con un olor característica a queso rancio



Tubo 3: Ácido benzoico (C 7H6O2), es un sólido blanco en forma de cristales con olor a cebo.

Entre más larga la cadena carbonada del ácido carboxílico, sus olores tienen a ser más desagradables y penetrantes. Estos ácidos que presentan un solo grupo carboxilo en su cadena son denominados ácidos grasos, debido a que provienen o se obtienen de la hidrolisis de las grasas. 2.

Prueba de solubilidad:

Se tienen tres tubos de ensayo diferentes, cada uno con 1mL de agua, luego, se agregó en el primer tubo 1mL de ácido acético, dando como resultado una mezcla completamente soluble, con un pH = 1. En el segundo tubo de ensayo se adicionó 1mL de ácido propionico, que formó una mezcla soluble, sin embargo, tomo más tiempo que el ácido acético para lograr una solubilidad completa, con un pH= 2. En el tercer tubo de ensayo se adicionaron 500mg de ácido benzoico, que fue insoluble, con un pH= 3.

El resultado de este ensayo fue la aparición de una coloración oscura casi negra y la formación de un precipitado que quedaba suspendido en las paredes del tubo, para lograr el éxito de esta prueba, fue necesario que el almidón, estuviese bien batido.

+ ¿+3 I 2 + 3 H 2 O ¿ −¿ Na ¿ 6 C H 3 COOH +KI O3 +5 KI → 6 C H 3 CO O Esquema Nº1. Reacción de la prueba de lugol

4.

Reacción de esterificación:

Se agregue a un tubo de ensayo seco alcohol amílico, seguido de ácido acético en presencia de ácido sulfúrico. Posteriormente se calentó y anoto y observo las características del producto se reconoció un olor a caramelo blanco. Por esto, se determinó que una de las propiedades de los esteres es dar buenos olores. Dada la importancia de los ésteres se han desarrollado muchos procesos para obtener ésteres. El más común es el calentamiento de una mezcla del alcohol y del ácido correspondiente en presencia de cantidades catalíticas de ácido sulfúrico, utilizando el reactivo más económico en exceso para aumentar el rendimiento de la reacción (esterificación de Fischer-Speier). El ácido sulfúrico sirve en este caso tanto de catalizador como de sustancia higroscópica que absorbe el agua formada en la reacción (a veces es sustituido por ácido fosfórico concentrado).

Con el fin de solubilizar los ácidos carboxílicos, que en un principio son insolubles, se adicionó bicarbonato de sodio, con el fin de liberar el CO2, convirtiendo el compuesto en su sal, optimizando su solubilidad. El grupo carboxilo –COOH confiere carácter polar a los ácidos y permite la formación de puentes de hidrógeno entre la molécula de ácido carboxílico y la molécula de agua. La presencia de dos átomos de oxígeno en el grupo carboxilo hace posible que dos moléculas de ácido se unan entre sí por puente de hidrógeno doble, formando un dímero cíclico. En los ácidos aromáticos monocarboxílicos, la relación carbono-carbono es de 6:1 lo que provoca que la solubilidad se vea disminuida con respecto a los ácidos monocarboxílicos alifáticos. 3.

Prueba del lugol: (Yoduro de potasio- Yodato de potasio)

En un tubo de ensayo se añadió 0,5mL de ácido acético glacial y 0,5mL de lugol, se calentó durante 1 minuto a baño María y se dejó enfriar a temperatura ambiente, se adicionaron 2ml de almidón y se observaron los cambios.

Esquema Nº2. Mecanismo de la formación del acetato de pentilo.

Laboratorio de Química Orgánica II, P8 (2015) Para este mecanismo ocurrió una sustitución nucleofílica en el grupo acilo catalizada por un ácido. Como el grupo carbonilo no es tan electrófilo para ser atacado por el alcohol amílico, el ácido sulfúrico protona el grupo carbonilo y lo activa para un ataque nucleofílico, la pérdida de un protón da lugar al hidrato éster. Nuevamente actual el ácido protonando cualquiera de los dos grupos hidroxilo generando así la pérdida del agua del hidrato de éster, ya que el agua se transforma en un buen grupo saliente. Tras la pérdida de este grupo saliente se forma un catión estabilizado por resonancia, finalmente la pérdida de un protón del grupo hidroxilo da al acetato de pentilo.

5.

Prueba de acetato de etilo:

En un tubo de ensayo se adiciono etanol, ácido acético y ácido sulfúrico concentrado, al adicionar este último reactivo, se observó un efecto de efervescencia producido por la liberación de CO2, Se calentó por unos minutos y posteriormente se dejó enfriar, se obtuvo como resultado, un olor agradable a solvente orgánico. La reacción de acetato de etilo pasa por un ataque nucleofílico del oxígeno de una molécula del alcohol al carbono del grupo carboxílico. El protón migra al grupo hidroxilo del ácido que luego es eliminado como agua. El rol del catalizador es el de aumentar la actividad carbonílica (la carga parcial positiva sobre el átomo de carbono) por protonación de uno de los oxígenos del ácido. Lo mismo se puede conseguir utilizando derivados más activos del ácido como los haluros o los anhidruros.

Para esta reacción se genera el mismo mecanismo de la esterificación en la cual ocurre una sustitución nucleofílica en el grupo acilo catalizada por un ácido, el ácido sulfúrico protona el grupo carbonilo y lo activa para un ataque nucleofílico, la pérdida de un protón da lugar al hidrato éster. Nuevamente actual el ácido protonando cualquiera de los dos grupos hidroxilo generando así la pérdida del agua del hidrato de éster. Se estabiliza el catión formado por la salida del agua estabilizado y finalizando la pérdida de un protón del grupo hidroxilo da al acetato de etilo. Prueba de Saponificación: En un beaker se añadió agua y sal, (NaCl), se guardó y se tomó otro tubo de ensayo aparte, al cual se la añadió hidróxido de sodio en agua y etanol y se agito la mezcla suavemente. En un vaso de precipitado, se pesó el aceite, al se le adiciono la solución preparada con anterioridad en el tubo de ensayo, se agito en calentamiento y se añadió la solución de NaCl que se tenía reservada, se puso en un baño de hielo, se separó y se lavó el precipitado. Para la formación de jabón sufrió una hidrolisis, promovida por una base (NaOH), de las uniones éster de las grasas y aceites.

Esquema Nº4. Reacción para la formación de jabón Este precipitado corresponde a la formación de jabón, para lo cual se hace la prueba de presencia de espuma, cuando entra en contacto con el agua. CONCLUSIONES

Esquema Nº3. Mecanismo de la formación del acetato de etilo.



Se estableció que un ácido carboxílico que normalmente es insoluble, puede ser transformado a su sal, y así lograr su solubilidad.



Se logró la determinación de la presencia de un ácido carboxílico, gracias a la prueba realizada con el lugol.



Se logró la saponificación de un ácido carboxílico, observando así que el jabón proviene de un proceso que requiere del mismo.

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Se identificaron olores característicos de los ácidos carboxílicos, que en su mayoría son desagradables, y como cambian estos después de un proceso de esterificación.

Laboratorio de Química Orgánica II, P8 (2015) REFERENCIAS 1.

John mcMurry, (2008). quimica organica. mexico: cengag learning editores, S.A de C.V.

2.

L. G. WADE, J. (s.f.). quimica organica (Vol. 2). madrid: PEARSON EDUCACION, S. A....