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Facultad de ingenierías y arquitectura Departamento de química Laboratorio de orgánica PROPIEDADES QUIMICAS DE ALDEHIDOS Y ACETONAS Dennis Jhulenny Benítez Pérez, 1007854404, Wilver David Baquero Guerra, 1002996311, Daniela Andrea Contreras Velandia, 1090511537. Universidad de Pamplona, Norte de Santander, Grupo G

RESUMEN: Con el fin de estudiar las relaciones entre las propiedades físicas, químicas y estructura molecular de los aldehídos y cetonas se aplicaron 5 diferentes ensayos de reacción a muestras de formaldehido, acetaldehído y acetona. Algunas pruebas como la oxidación con reactivo de Fehling, Tollens, y Schiffs, fueron empleadas logrando determinar la diferencia de reactividad de los compuestos en cuestión ante agentes oxidantes, se logró relacionar las propiedades químicas de dichos compuestos con su estructura y además se presentan los mecanismos de reacción para los diferentes ensayos propuestos, encontrando que las reacciones de oxidación con Tollens y Fehling, son efectivas para diferenciar estos dos compuestos orgánicos.

INTRODUCCIÓN: Los aldehídos y las cetonas son la clase de compuestos químicos que más se encuentran en estado natural. En la naturaleza, muchas de las sustancias que requieren los organismos vivos son los aldehídos o cetonas. Por ejemplo, el aldehído fosfato de piridoxal es una coenzima presente en un gran número de reacciones metabólicas; la cetona hidrocortisona es una hormona esteroidal que segregan las glándulas suprarrenales para regular el metabolismo de las grasas, las proteínas y los carbohidratos.[1]

En la química orgánica existen agrupaciones de átomos que les confieren a los compuestos orgánicos sus características químicas, o capacidad de reaccionar con otras sustancias específicas. Son los llamados grupos funcionales. La mayor parte de las sustancias orgánicas solo se componen de carbono, oxígeno e hidrógeno, pero la forma en que están

Figura 1: Estructura molecular del fosfato de piridoxal (PLP) y la hidrocortisona. [1]

enlazados estos elementos pueden dar origen a distintos compuestos, que pertenecerán a distintos grupos funcionales, como lo son los aldehídos y las cetonas. [2] Los compuestos carbonílicos están en todas partes. La mayoría de las moléculas biológicas contienen grupos carbonilo, al igual que la mayor parte de los agentes farmacéuticos y muchas de las sustancias químicas sintéticas con las que tratamos todos los días. Los aldehídos y las cetonas son compuestos orgánicos que se caracterizan por poseer el grupo funcional carbonilo, un átomo de carbono unido a un átomo de oxígeno por un doble enlace (C=O).

millones de toneladas al año. El formaldehído se sintetiza industrialmente por la oxidación catalítica del metanol y un método para la preparación de la acetona involucra la oxidación del 2-propanol. [1] La tabla 1 muestra algunos aldehídos y cetonas comunes: FÓRMULA Aldehído HCHO CH3CHO CH3CH2CH O C6H5CHO Cetonas CH3COCH3 CH3COC2C H5 C6H5COC6 H5 C6H10O

Figura 2: Estructura molecular del grupo carbonilo, los aldehídos y las cetonas. [3]

En la industria química, las cetonas y los aldehídos sencillos se producen en grandes cantidades para utilizarse como disolventes y materias primas para preparar una cantidad de otros compuestos. Por ejemplo, en todo el mundo se producen anualmente más de 23 millones de toneladas de formaldehído, para fabricar materiales aislantes en las construcciones y para las resinas adhesivas que unen tablas de conglomerado y madera laminada. La acetona se utiliza ampliamente como un disolvente industrial; en todo el mundo se producen aproximadamente 3.3

NOMBRE IUPAC

NOMBRE COMÚN

Metanal Etanal Propanal

Formaldehído Acetaldehído Propanaldehí do Benzaldehído

Benzaldehí do Propanona Butanona Difenilmeta no na/cetona Clicohexan on a

Tabla 1: Algunos comunes [2]

aldehídos

Acetona Metiletilceton a Benzofenona

Ciclohexanon a y

cetonas

En los aldehídos, el grupo carbonilo se une a un átomo de hidrógeno y a un radical alquilo, con excepción del formaldehído o metanal (el aldehído más sencillo) en las cetonas, el carbonilo está unido a dos radicales que pueden ser iguales, diferentes, alquílicos. La fórmula abreviada de una cetona es RCOR, siendo la acetona, propanona, ß-cetopropana o dimetilcetona la más corta en su estructura molecular. [4] Los aldehídos son compuestos que se oxidan con facilidad y son muy

reactivos a las adiciones nucleofílicas. Los aldehídos y las cetonas son muy reactivos, pero los primeros suelen ser los más reactivos. [5] La diferencia en la reactividad química permite la diferenciación entre aldehídos y cetonas ya que físicamente presentan aspectos similares. Algunas de las pruebas de identificación más usadas son las pruebas con reactivo de Tollens, reactivo de Fehling y prueba de Schiffs [6], así como la prueba de oxidación con permanganato de potasio. Otra prueba común es la reacción con hidróxido de sodio, para la formación de resinas. En la presente experiencia de laboratorio se usaron los métodos anteriormente mencionados para la diferenciación de la reactividad cuando se aplicaron las pruebas a muestras de dos aldehídos y una cetona, formaldehido, acetaldehído y acetona, respectivamente.

siguientes reactivos: Formaldehido, acetaldehído, acetona, ácido sulfúrico, reactivo de Fehling A y permanganato de Potasio, reactivo de Schiff, reactivo de Tollens, reactivo de Schiff, Hidróxido de Sodio.

Otra técnica muy utilizada en la industria para la detección de aldehídos, es la cromatografía; un ejemplo de esto se ve en el artículo (Chromatographic methods and sample treatment techniques for aldehydes determination in biological, food, and environmental samples, 2019), donde se habla de esta técnica para determinar los niveles de aldehídos presentes en ciertos alimentos, además de analizar el mecanismo utilizado.

Prueba con reactivo de Tollens:

MATERIALES Y MÉTODOS Para la práctica se utilizó 1 Gradilla Seis tubos de ensayo, tres vasos precipitados de 400, 600 ó 100ml, mechero, 3 Pinzas de madera y los

PROCEDIMIENTO Con el fin de realizar los test de reacción para el estudio de las propiedades químicas de los aldehídos y cetonas se tomaron 3 tubos de ensayo y se rotularon, representando el Formaldehido (CH2O), Acetaldehído (C2H4O) y la acetona (C3H6O), respectivamente. Prueba con reactivo de Fehling: A cada tubo se le agregaron 1 ml del compuesto correspondiente y 2ml de reactivo de Fehling A y B, seguidamente se calentaron los tubos en un baño maría durante 10 minutos.

En tres tubos de ensayo se colocó 1ml de formaldehído, luego se adicionó a cada tubo 2ml de reactivo de Tollens. Los tres tubos se introdujeron en el baño de agua caliente y se calentó durante diez minutos. Se observó y anotó los resultados, se escribió las ecuaciones correspondientes. Prueba con KMnO4: En los tres tubos de ensayo se adicionó 1ml de formaldehído, acetaldehído, Acetona respectivamente, previamente marcados, luego se adicionó a cada tubo 2ml de solución de Permanganato de Potasio al 3% se aciduló con unas gotas de ácido

sulfúrico diluido, se observó lo que sucedió en cada tubo de ensayo y se explicó a que se deben los cambios observados y cuando no lo hubo, se explicó el por qué, se escribió las ecuaciones correspondientes para cada caso.

aceitosas suspendidas, la fase superior de color transparente y la inferior con un posible color azul claro, para el acetaldehído, y de color azul oscuro para la acetona. Después del calentamiento se dan cambios, presentados en la tabla 2:

Prueba con reactivo de Schiff: En tres tubos de ensayo, numerados, se colocó 1ml de "Formaldehído, Acetaldehído y Acetona respectivamente. Seguidamente se agregó a cada tubo una o dos gotas de Reactivo de Schiff. Se observó lo ocurrido en cada tubo y se escribió las ecuaciones correspondientes. Prueba de formación de resinas. Efecto de los Álcalis. A cada tubo se le agregaron 1 ml de los compuestos correspondientes y 1 ml de hidróxido de sodio (NaOH), posteriormente se calentó en un baño maría durante 5 minutos. RESULTADOS Y DISCUSIÓN:

REACTIVO Formaldehido Acetaldehído Acetona

REACTIVO FEHLING Rojo ladrillo Precitado gris Sin reacción

Tabla 2: Reacción con el reactivo Fehling

El reactivo de Fehling consta de dos soluciones A y B que se mezclan en partes iguales en el momento de usarse. La solución A es sulfato cúprico pentahidratado, mientras que la solución B es de tartrato sodio potásico e hidróxido de sodio en agua. Cuando se mezclan las dos soluciones, se obtiene un complejo cúprico tartárico en medio alcalino, de color azul, de la siguiente manera:

Para todas las pruebas de reacción estudiadas se investigó cautelosamente para así observar los cambios, cambio de coloración, precipitado, aparición de fase insoluble (mezcla heterogénea). Prueba con reactivo de Fehling: Al agregar la sustancia correspondiente y el reactivo de Fehling A y B a los tubos, el formaldehido formara una mezcla homogénea, bien disuelta y de color azul claro; en el caso del acetaldehído y la acetona forman 2 fases, con presencia de burbujas

Figura 3: Reacción entre soluciones A y B de Fehling [3]

El reactivo de Fehling permite determinar la presencia de aldehídos en una muestra desconocida. Se prepara de tal manera que es una mezcla de color azul que al añadirla a una muestra desconocida oxida a los grupos aldehídos y como resultado

positivo de la prueba se observa un precipitado de color rojo ladrillo de óxido cuproso. El resultado de la reacción con aldehídos es el respectivo acido carboxílico (con la misma cantidad de carbonos que el aldehído). El mecanismo reacción general entre los aldehídos y el reactivo de Fehling es el siguiente:

Figura 4: Mecanismo de reacción entre reactivo de Fehling y aldehídos.

Figura 6. Mecanismo de reacción, acetaldehido + reactivo de Fehling.

La acetona no reacciona porque las cetonas no se oxidan ante oxidantes débiles. Generalmente las cetonas son inertes hacia la oxidación. La diferencia es consecuencia de su estructura, los aldehídos tienen un protón –CHO que se puede sacar durante la oxidación, no así con las cetonas. [7]

En los casos específicos para el formaldehido y el acetaldehído se obtienen como productos el ácido fórmico y el ácido acético respectivamente. (Ver reacción en la figura 5 y 6). Los cambios de coloración se observan después de calentar las muestras debido a que el reactivo de Fehling es un oxidante débil, se requiere adicionar energía para activar la reacción. Figura 7: Diferencia entre aldehído y cetona. [7]

Prueba con reactivo de Tollens: El reactivo de Tollens, agente de oxidación suave usado en esta práctica, es una solución alcalina de nitrato de plata, es transparente e

Figura 5. Mecanismo de reacción, formaldehido + reactivo de Fehling.

incolora. La reacción de preparación de dicho reactivo es la siguiente:

Figura 8: Preparación del reactivo de Tollens. [3]

Figura 9: Reacción general y mecanismo de un aldehído con reactivo de Tollens.

El test con el reactivo de Tollens también es una reacción de oxidación que permite determinar aldehídos en una muestra desconocida. Los resultados se muestran en la siguiente tabla:

En el caso del formaldehido se oxida a acido fórmico y en el caso del acetaldehído se oxida a ácido acético (ver figura 10 y 11).

REACTIVO Formaldehido Acetaldehído Acetona

Figura 10. Mecanismo de reacción, acetaldehído + reactivo de Tollens.

REACTIVO DE TOLLENS Espejo de plata (precipitado negro Agꜜ) Precitado color gris Sin reacción

Tabla 3: Reacción con el reactivo Tollens.

En esta reacción se obtiene como producto un espejo de plata siendo indicador de reacción positiva con los aldehídos, dado que estos son agentes reductores que se oxidan fácilmente a sus ácidos carboxílicos. La reacción global y su mecanismo es el siguiente:

Figura 11. Mecanismo de acetaldehído + reactivo de Tollens

reacción,

La acetona no reacciona con el reactivo de Tollens por el mismo motivo que no lo hace con el reactivo de Fehling, es poco probable que se dé reacción entre un oxidante débil y una cetona. Las cetonas no dan esta reacción, excepto las hidroxicetonas y las dicetonas 1 -2, que son reductoras. [8] Prueba con KMnO4: Al agregar el permanganato al formaldehido y al acetaldehído se da un cambio en su coloración a café y café oscuro respectivamente, también la mezcla forma dos fases, una densa que se va al fondo y la más clara queda sobre la parte superior. Los resultados se muestran en la siguiente tabla: REACTIVO Formaldehido

OXIDACIÓN CON KMnO4 Precipitado Rojizo

Acetaldehído Acetona

Precitado café Sin reacción

Tabla 4: Oxidación con KMnO4.

en presencia de los agentes oxidantes habituales de gran poder como el permanganato de potasio, dicromato de potasio y otros.[9]

Los cambios de apariencia demuestran oxidación positiva en el caso de los aldehídos, cualquier oxidante que es capaz de oxidar un alcohol primario o secundario (H2CrO4, KMnO4, etc.) oxida también a los aldehídos. Las cetonas son inertes a la mayoría de agentes oxidantes, sólo experimentan una ruptura lenta cuando se tratan con KMnO4 en caliente. [8] Para la acetona no se da ningún cambio, pero si esta se somete a calentamiento posiblemente se puede ver favorecida la oxidación.

Figura 13. Mecanismo formaldehido + KMnO4.

de

reacción,

Figura 14. Mecanismo acetaldehído + KMnO4.

de

reacción,

La reacción global de oxidación de un aldehído es la siguiente:

Prueba con reactivo de Schiffs:

Figura 12: Reacción general y mecanismo de un aldehído con KMnO4

Al igual que en las pruebas de oxidación anteriores, aldehídos oxidan fácilmente y se convierten en el ácido carboxílico respectivo (ver anexos B5 y B6), en contraste con las cetonas que son difíciles de oxidar,

El reactivo de Schiffs reacciona con el grupo carbonilo del aldehído formándose un compuesto coloreado Azul - violeta. El reactivo de Schiffs es fucsina decolorada que, al reaccionar con un aldehído, se obtiene un producto de adición, con el cual se puede apreciar el color violeta, siendo este el producto de la formación de un complejo y un buen

indicador de la presencia de un grupo carbonilo específico del aldehído [4].

REACTIVO Formaldehido Acetaldehído Acetona

REACTIVO DE SCHIFF Coloración Fucsia Coloración violeta Sin reacción

Tabla 5: Reacción con el reactivo de Schiff.

La formación de iminas es un ejemplo de la adición nucleofílica al doble enlace C=O. Las reacciones del amoniaco y las aminas con aldehídos o cetonas se engloban dentro de un amplio grupo de reacciones orgánicas denominadas reacciones de condensación, que son aquellas reacciones en las que dos, o más, compuestos orgánicos se unen con eliminación de agua o de otra molécula pequeña. [10] La reacción general ajustada para el proceso de formación de iminas es la siguiente:

Figura 15: Reacción general y mecanismo de un aldehído con reactivo de Schiff. [10]

La acetona no reacciona con el reactivo de Schiff ya que esta es una prueba específica para detección de aldehídos. Prueba de formación de resinas (Efecto de los Álcalis): Al reaccionar cada uno de los compuestos (formaldehido, Acetaldehído y acetona) con hidróxido de sodio y calentar por 5 minutos se dan los siguientes resultados en la tabla 6. REACTIVO Formaldehido Acetaldehído Acetona

NaOH 1N No presenta cambios Precipitado Naranja Amarillo claro

Tabla 6. Reacción de formación de resinas.

La reacción de formación de resinas también conocida como condensación aldólica se da cuando dos moléculas de aldehído se unen bajo ciertas condiciones como la presencia de hidróxidos o carbonatos alcalinos. Al unirse se forma una molécula que tiene una función alcohol y otra función aldehído en la misma molécula, a este compuesto también se lo llama aldol por la combinación entre un alcohol y un aldehído. Se produce por la unión del grupo funcional carbonilo formando un polímero. Para el caso de la acetona la re

Figura 16: Mecanismo de condensación aldólica para la acetona. [10]

Cuando un aldehído que tiene hidrógenos alfa “libres” reacciona con NaOH acuoso a temperatura ambiente (o inferior) se forma un compuesto con un grupo hidroxi y el grupo carbonilo del aldehído, este tipo de reacciones reciben el nombre de adiciones aldólicas. La reacción en el caso del acetaldehído seria:

Figura 18: Mecanismo de reacción de condensación aldólica para aldehídos.

Figura 17: Ecuación de condensación aldólica general para el acetaldehído.

El mecanismo de la reacción para el aldehído sería el siguiente:

La reacción con formaldehido no se produce, debido a que dicho compuesto no posee hidrógenos alfa, entonces, la base no tiene de donde extraer hidrógenos y los que están unidos al carbono carbonílico, no se pueden extraer fácilmente. CONCLUSIONES:





De acuerdo con los resultados de las reacciones de oxidación se puede deducir que los aldehídos se oxidan con facilidad frente a oxidantes débiles. Mientras que las cetonas sólo se oxidan ante oxidantes muy enérgicos que puedan romper sus cadenas carbonadas. Es así que las reacciones de oxidación permiten diferenciar los aldehídos de las cetonas. Las reacciones de oxidación con Tollens y Fehling, son



también efectivas para diferenciar aldehídos de cetonas, dado que sólo el primero oxida por la disponibilidad de hidrógenos en carbono que contiene el grupo carbonilo. Teóricamente cumplimos el objetivo de estudiar y analizar las propiedades químicas de aldehídos y cetonas asociándolas con el cambio físico y la estructura molecular de los compuestos estudiados.

BIBLIOGRAFÍA  1] J. Mcmurry, Química orgánica, 8th ed. Nueva York.  [2] P. M. de L. Cornejo Arteaga, “Cetonas y aldehídos,” Universidad Autónoma del Estado de Hidalgo, 2016. [Online]. Available: https://www.uaeh.edu.mx/scige/bo letin/prepa 3/n8/m8.html. Consultado: [6-06-2020].  [3] HispaVista ©, “Introducción a la Bioquímica,” 2014. [Online]. Available: http://galeon.hispavista.com/mela niocoronad o/ALDEHIDOS.pdf. Consultado : [6-06-2020].  [4] “Aldehídos y cetonas,” Universidad de Concepción , 2015. [Online]. Available: http://www2.udec.cl/quimles/gene os_y_cetonas.htm. ral/aldehid Consultado: [6-06-2020].  [5] J. C. Autino, G. Romaneli, and D. M. Ruiz, Introducción a la Química Orgánica. Buenos Aires, Argentina, 2013.  [6] “Identificación de grupos funcionales Introducción.” [Online]. Available: http://www.ugr.es/~quiored/doc/p1 4.pdf. [6-06-2020].

 [7] A. Pizarro and N. Soto, “Reacción de Aldehídos y Cetonas,” Universidad Tecnológica Metropolitana, 2009. [Online]. Available: https://sites.google.com/site/organ icaiii/quimi ca_organica/quimicaorganica-iiinueva/quimicaorganica-iii-2009 [6-06-2020].  [8] Universidad Autónoma de México, “Reacciones De Oxidación Y Reducción En Compuestos Orgánicos,” 2014. Consultado: [6-06-2020].  [9] Quired®, “Identificación de grupos funcionales Introducción,” Consultado: [6-06-2020]. .  [10] Grupo de Síntesis Orgánica, “Tema 10. Aldehidos y cetonas,” Universidad Jaume . [Online]. Available: www.sinorg.uji.es. Consultado: [6-06-2020].  [11]https://unipamplona.basesded atosezproxy.com:2 060/science/article/pii/S07317085 19314761...