Solubilidad de los Compuestos Orgánicos PDF

Preview

Summary

Download Solubilidad de los Compuestos Orgánicos PDF

Description

Solubilidad en solventes inertes Para los compuestos orgánicos los disolventes utilizados son, éter etílico, acetona, etanol, metanol, benceno, acetato de etilo, diclorometano, etc. De éstos el más usado es el éter etílico y por ello se le designa como disolvente de los compuestos orgánicos, en la misma extensión que es el agua para los compuestos inorgánicos. Sin embargo, hay compuestos orgánicos que son solubles en agua, otros mediamente solubles, pero la gran mayoría son insolubles. También hay compuestos orgánicos insolubles en éter etílico. La siguiente tabla muestra propiedades de los disolventes más utilizados en un Laboratorio de Orgánica. Tabla 1 Disolventes comunes en el laboratorio de química orgánica Disolvente n-Hexano Éter de Petróleo Ciclohexano Tetracloruro de carbono Benceno Tolueno Disulfuro de carbono Tricloroetileno Éter dietílico Cloroformo Acetato de etilo Ácido acético Cloruro de metileno Cloruro de etileno Piridina n-Butanol n-Propanol Acetona Etanol Amoniaco (en agua) Metanol Acetonitrilo Agua

Punto de ebullición, °C 69 50 – 70 81 76

Densidad δ 0,66 0,67 0,78 1,59

Constante dieléctrica µ 1,9 2, estimada 2,1 2,2

80 111 46 74 35 61 77 118 40 84 116 118 97 96 78 65 82 100

0,88 0,87 1,26 1,34 0,71 1,48 0,90 1,05 1,32 1,24 0,98 0,81 0,80 0,79 0,80 0,90 0,80 0,79 0,99

2,3 2,4 2,6 3,4 4,3 4,8 6,0 6,2 9,0 10,0 12,3 17,8 20,1 10,7 24,3 25,0 32,6 37,0 81,0

La solubilidad está estrechamente relacionada con la estructura química de los componentes de la disolución y por lo tanto con sus polaridades. Para formar la disolución, es necesario, por una parte, romper las interacciones que existen entre las moléculas de soluto y moléculas de disolvente por separado y, por otra parte, formar interacciones entre moléculas de soluto y disolvente. En forma cualitativa y general (aunque hay muchas excepciones) podemos aplicar las siguientes reglas para predecir la solubilidad de un compuesto:

Página 1

a) Un compuesto es más soluble en aquel disolvente que más se le parece en su estructura (lo semejante disuelve lo semejante), Ej.: el n-hexano es insoluble en agua pero soluble en éter. El n-hexano es poco polar al igual que el éter etílico. Las fuerzas de interacción entre moléculas de n-hexano son de la misma naturaleza de las fuerzas que existen entre moléculas de éter (fuerzas de van der Waals). El agua es el disolvente de mayor polaridad y las fuerzas de interacción que existen entre moléculas de agua son de naturaleza diferente (puentes de H). muchas sales derivadas de sustancias orgánicas ácidas y bases inorgánicas, o de bases orgánicas con ácidos minerales son solubles en agua e insolubles en éter. Estos tipos de compuestos pueden formar puentes de hidrógeno con el agua. b) En general, un incremento en el número de átomos de carbono disminuye la solubilidad del compuesto en agua. Ej.: el alcohol etílico es soluble en agua, mientras que el alcohol n-hexílico es insoluble. La ramificación de la cadena carbonada tiende a contrarrestar el efecto del incremento en la longitud de la cadena carbonada. Ej:

Alcohol n-butílico isobutílico sec-butílico ter-butílico

Solubilidad en agua (20°C) 8,3 9,6 13,0 ∞

Los alcoholes forman puentes de hidrógenos entre sí y son el agua. El alcohol etílico tiene forma más o menos esférica en cambio el alcohol n-hexílico tiene forma cilíndrica:

Las fuerzas de atracción entre esferas son más débiles que entre cilindros, así el agua puede separar moléculas de alcohol etílico pero no las de alcohol nhexílico. Las fuerzas de atracción entre cilindros disminuyen con la ramificación haciendo que la solubilidad aumente. El alcohol ter-butílico tiene forma esférica. c) La sustitución de una halógeno o de un resto arílico es similar al efecto de incrementar el número de átomos de carbono. Ej:

Alcohol Solubilidad en agua (20°C) Isopropílico ∞ 1,3-dicloro-2-propanol 11

Página 2

d) Compuestos de peso molecular muy alto son insolubles en disolventes inertes: Ej: la glucosa (C6H12O6) es soluble en agua el almidón (C6H10O5) es insoluble en agua Hay mayor asociación entre moléculas de almidón que entre las moléculas de glucosa. e) La solubilidad de compuestos sólidos depende del grado de agregación molecular en el estado sólido. Ej: Compuesto Solubilidad en agua (20°C) Ácido maleico (cis) 60 g Ácido fumárico (trans) 0,6 g Ácido d-o l-tartárico 139 g Ácido d,l-tartárico 20 g Los compuestos que poseen configuración cis pueden formar puentes de hidrógeno intramoleculares, los que poseen configuración trans pueden formar puentes de hidrógeno intermoleculares. Por esta razón es más fácil romper las fuerzas de atracción entre moléculas en disposición cis (fuerzas de van der Waals) que en disposición trans (puentes de hidrógeno), por lo que la solubilidad es mayor. f) La capacidad de ser solvatado incrementa la solubilidad. Ej: algunos compuestos que contienen oxígeno en su estructura tiene tendencia a formar puentes de hidrógeno, con lo cual se aumenta su solubilidad en agua (o disolventes con hidrógenos acídicos).

Solubilidad en Disolventes Activos Además del éter y el agua, se pueden ensayar disolventes que reaccionan con el compuesto, mediante reacciones ácido-base a temperatura ambiente, formando productos solubles. En muchos casos se puede recuperar el compuesto original invirtiendo las condiciones del medio, por ejemplo: si se usó un ácido como disolvente, se puede separar el compuesto original alcalinizado la disolución. En esta categoría de disolventes los más utilizados son: HCl(ac) 5%, NaOH(ac) 5%, NaHCO3(ac) 5%, H2SO4 conc. y H3P04 conc. Estos disolventes se utilizan cuando el disolvente es insoluble en agua.

a. Compuestos solubles en HCl 5% Los compuestos orgánicos básicos generalmente tienen un átomo de nitrógeno básico, p. ej: las aminas, las cuales forman sales solubles en agua. La solubilidad en HCl dependerá de la basicidad del nitrógeno, hay ejemplos en los cuales el nitrógeno disminuye su basicidad por la presencia de efectos estructurales, necesitándose concentraciones de ácido más elevadas para poder disolverlos. Ej: difenilamina, trifenilamina, amidas insolubles en agua. b. Compuestos solubles en NaOH 5%:

Página 3

Son compuestos que presentan un grupo acídico lo suficientemente fuerte para reaccionar con la base y formar la sal soluble. Ej: ácidos carboxílico, ácidos sulfónicos, fenoles, tiofenoles, mercaptanos, imidas, arisulfonamidas, oximas, compuestos nitro (primarios y secundarios), algunos enoles y βcetoésteres. c. Compuestos solubles en NaHCO3 5%: Los compuestos con grupos acídicos más fuertes pueden reaccionar con el NaHCO3 (base débil) para dar la sal. De esta forma se puede diferenciar en el grupo anterior entre los ácidos fuertes y débiles. Ej: el fenol, (ácido débil) es soluble en NaOH 5% pero insoluble en NaHCO3 5%. d. Compuestos solubles en H2SO4: Muchos compuestos insolubles en los disolventes anteriores, son solubles en H2SO4 conc. en frío. Ej: hidrocarburos insaturados, hidrocarburos aromáticos polialquilados y muchos compuestos que contienen oxígeno. En todos los casos, la solubilidad implica reacción entre disolvente y el compuesto y en muchos de ellos no se recupera el compuesto original al diluir el ácido con H2O. Otros compuestos son insolubles en este disolvente: hidrocarburos alifáticos saturados, cicloalifáticos y sus derivados halogenados.

Grupos de solubilidad Los compuestos orgánicos pude ser clasificados en siete grupos en base a: 

Su solubilidad en los siguientes disolventes: agua, éter etílico, HCl 5%, NaOH 5%, NaHCO3 5% y H2SO4 concentrado.



Los elementos que contiene, sin tomar en cuenta carbono e hidrógeno.

Los grupos resultantes son: Grupo I: compuestos solubles en agua y éter. Grupo II: compuestos solubles en agua pero insolubles en éter. Grupo III: compuestos insolubles en agua pero solubles en NaOH 5%. Este grupo se subdivide en: Grupo III A: soluble en NaOH 5% y en NaHCO3 5% Grupo III B: soluble en NaOH 5% e insoluble en NaHCO3 5%. Grupo IV: compuestos insolubles en H2O pero solubles en HCl 5%. Grupo V: hidrocarburos y compuestos que contiene C, H y O que no pertenecen a los grupos I-IV y son solubles en H2SO4 en frío. Éste grupo se subdivide en:

Página 4

Grupo VA: solubles en H2SO4 concentrado y soluble en H3PO4 85%. Grupo VB: soluble en H2SO4 concentrado e insoluble en H3PO4 85%. Grupo VI: compuestos que no contengan N o S, que son insolubles en H2SO4 concentrado en frío. Grupo VII: compuestos que contienen N o S, los cuales no están en los grupos I-IV. Muchos de ellos son solubles en H2SO4 concentrado en frío.

Diagrama de Clasificación

Referencias: Martínez, H. (2008). Programa de Prácticas del Laboratorio de Química Orgánica. Mérida: Universidad de los Andes. Vogel, A. (1989). VOGEL’s Textbook of Practical Organic Chemistry (Fifth). London: Longman Scientific & Technical.

Página 5

Grupo I Soluble en agua y éter Los miembros inferiores de las series homólogas de: Alcoholes Aldehídos Cetonas Ácidos Ésteres Fenoles Anhídridos Aminas Nitrilos Polihidroxifenoles

Grupo II Soluble en agua e insoluble en éter

Grupo IIIA Soluble en NaOH 5% y NaHCO3 al 5%

Ácidos polibásicos e hidroxiácidos.

Compuestos fuertemente ácidos:

Glicoles de alto peso molecular, alcoholes polihídricos.

Ácidos.

Aminocompuestos y aminoalcoholes. Ácidos sulfónicos. Sales iónicas de fenoles, aminas y ácidos carboxílicos

Ácidos sulfónicos ácidos sulfínicos, ácidos sulfúricos y sulfoamidas. Mercaptanos y tiofenoles. GRUPO IIIB Soluble en NaOH 5% e insolubles en NaHCO3 al 5% Compuestos débilmente ácidos: Fenoles.

Grupo IV Soluble en HCl 5% Aminas primarias. Aminas arilalquilicas y alifáticas secundarias Algunas amias terciarias arilalquilicas y alifáticas.

Grupo VA N y S ausente, Soluble en H2SO4 concentrado y H3PO4 al 85% Compuestos neutros con al menos 9 átomos de carbono: Alcoholes Aldehídos Cetonas Ésteres Anhídridos Éteres y acetales GRUPO VB Insoluble en H3PO4 al 85%

Grupo VI N y S ausente, Insoluble en H2SO4 concentrado Hidrocarburos alifáticos saturados. Hidrocarburos saturados cíclicos. Hidrocarburos aromáticos. Derivados halogenados 1, 2 y 3.

Grupo VII N o S presente que no están en los grupos I-V Compuestos nitro. Amidas y derivados de aldehídos y cetonas. Nitrilos Aminas negativamente sustituidas

Éteres diarílicos

Todos los anteriores. Hidrocarburos insaturados. Algunos hidrocarburos polialquilados.

Página 6...