Reacciones Generales de Aldehidos y Cetonas (2)

REACCIONES GENERALES DE ALDEHÍDOS Y CETONAS

Profesor Mario Alvarado. Grupo 1B – 20-09-13Laboratorio de Química orgánica II, Universidad del Atlántico, Barranquilla

RESUMEN

En esta experiencia, se realizaron diferentes pruebas para distinguir los aldehídos de las cetonas. Para lograr esto, se llevaron a cabo reacciones características de cada uno de los compuestos carbonílico, tales como la Prueba de Tollens y Fehling para los Aldehídos, la Prueba del yodoformo para las cetonas, la prueba de Schiff que es positiva para ambos, entre otras. De esta manera, se observó que la reactividad de los compuestos problema, depende del tipo de compuesto carbonílico (los que se caracterizan por tener el grupo carbonilo (C=O)) al que pertenecen.

INTRODUCCIÓN

Los aldehídos y cetonas son la clase de compuestos 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.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 gran cantidad de otros compuestos.El grupo funcional característico de los aldehídos y cetonas es el grupo carbonilo. Para los aldehídos, el carbono carbonilo siempre es un carbono terminal y se encuentra enlazado a un hidrógeno, mientras

Que en las cetonas nunca será un carbono terminal ya que debe estar enlazado a otros dos átomos de carbono.La presencia del grupo carbonilo convierte a los aldehídos y cetonas en compuestos polares. Los compuestos de hasta cuatro átomos de carbono, forman puente de hidrógeno con el agua, lo cual los hace completamente solubles en agua. Igualmente son solubles en solventes orgánicos.

Los aldehídos y cetonas se comportan como ácidos debido a la presencia del grupo carbonilo, esto hace que presenten reacciones típicas de adición nucleofílica.Las reacciones químicas de los aldehídos y cetonas son función del grupo carbonilo. Por su mayor electronegatividad, el oxígeno atrae el par electrónico más hacia él alejándolo del carbono. En consecuencia, la distribución electrónica del enlace no resulta simétrica; el oxígeno es ligeramente negativo y el carbono ligeramente positivo.

Laboratorio de Química Orgánica II



La reacción global tanto para aldehídos como para cetonas es:

Esta reacción permite a los aldehídos y cetonas adicionar agua para formar hidratos, ácido cianhídrico para formar cianhídricas, alcoholes para formar hemiacetales o hemicetales y bisulfito de sodio, entre otros.

METODOS EXPERIMENTALES

Esta práctica de laboratorio constó principalmente de cinco pruebas. La primera, fue la prueba de Tollens, para la cual se colocaron 5 gotas del reactivo en 2 tubos de ensayo, luego se le agrego a uno 2 gotas de solución acuosa de formaldehído y a las otras 2 gotas de acetona, se dejaron reposar y se anotaron los cambios ocurridos. La segunda, fue la prueba de Fehling, para la cual se adicionaron a 2 tubos de ensayo 5 gotas de soluciones A y B de Fehling, luego se le adicionó a un tubo una gota de solución acuosa de formaldehído y al otro una de acetona. Finalmente, se calentaron los tubos en agua caliente durante

algunos minutos. Después, este procedimiento se repitió pero con glucosa. La siguiente, fue la prueba de Schiff, para la cual se tomaron 2 tubos de ensayo y se adicionaron 5 gotas de este reactivo, luego a uno de los tubos se le agregó 1 gota de benzaldehído y al otro 1 gota de acetona, se agitaron los tubos y se dejaron en reposo, se observaron los cambios y se anotaron. La cuarta prueba fue la del yodoformo, para ésta se agregaron 20 gotas de una solución al 2% de NaOH en un tubo de ensayo, se agregó 1 gota de formaldehído y luego gota por gota una solución de KI/I2, se agitó la mezcla hasta que quedó ligeramente amarilla; se repitió la experiencia utilizando acetona en lugar de formaldehído. La última prueba fue la Preparación de la 2,4-Dinitrofenil hidrazona de la acetona y del formaldehído, aquí se tomó un tubo de ensayo y se colocaron 5 gotas del reactivo previamente preparado de la 2,4-Dinitrofenil hidracina, se adicionaron 3 gotas de acetona y se agitó el tubo posteriormente dejarlo en reposo durante 5 minutos. Se repitió el mismo procedimiento, pero en este caso se usó formaldehido. Se notaron los cambios ocurridos y se tomaron apuntes.

RESULTADOS Y DISCUSIÓNPara esta experiencia, se estudiaron diferentes reacciones características del grupo carbonilo para aldehídos y cetonas, con las que se obtuvieron los siguientes resultados:

* Prueba de Tollens




Este reactivo contiene un ión complejo de plata amoniacal, que se reduce a plata metálica en presencia de aldehídos que son fácilmente oxidados. La plata se

deposita y se observa como un espejo sobre las paredes del recipiente donde la reacción que se lleva a cabo es la siguiente:

R – CHO + 2Ag(NH3)2+ + OH- R-COO - + 2Ag + ½ H2O + NH3

Aldehído reactivo de Tollens acido espejo de plata

Tabla 1. Prueba del reactivo de Tollens.

CompuestosObservaciones al agregar el R. de

Tollens

Formaldehido

Reacciono y precipito Ag, torno un color oscuro como espejo de plata, reacción

exotérmica (líbero calor)

AcetonaNo reacciono ( no se presenció cambio de

color)

De la tabla anterior, se puede ver que para el formaldehido la prueba dio positiva, ya que el reactivo de

Tollens convierte al aldehído en una sal de un ácido carboxílico y el ion

complejo de plata con amoniaco es reducido a plata metálica, formándose sobre la superficie un espejo de plata (la reacción fue lenta). Al realizar la prueba con la acetona, esta dio negativa debido a que el reactivo de Tollens a estas condiciones no reacciona con esta clase de compuestos.

* Prueba de FehlingEl reactivo de Fehling permite determinar la presencia de aldehídos en una muestra desconocida. Al ser un oxidante débil no reacciona con las cetonas pero si con los aldehídos de la siguiente manera




Imagen 1. Prueba de tollens Imagen 2. Prueba de fehling

R - CHO + 2 Cu+2 + 4 OH- R – COO- + Cu2O + 2 H2O

Aldehído reactivo de Fehling acido cobre

:Tabla 2. Prueba de Fehling para aldehídos y cetonas.

Compuesto Observaciones al agregar el R. de Fehling

Formaldehido

Reacciono, se tornó un color azul. En presencia de calor durante 5 min mostro color verde

oscuro, y a los 9 min de calentamiento en un baño maría tomo el color cobre.

Acetona No reacciono, la solución se tornó de color azul

GlucosaReacciono, la solución se tornó un color rojizo

en calentamiento (baño maría).

En la tabla 2 se puede apreciar los resultados que se obtuvieron al mezclar el reactivo de Fehling con el formaldehido, ya que este ocasiona la reducción del Cu+2 a Cu+1, formándose un precipitado oxido cuproso, CuO2, de color como el rojizo pálido. En el caso de la acetona, la prueba dio negativa; ya que este reactivo solo oxida únicamente a los aldehídos. En el caso de la glucosa, la prueba resulto positiva, esto es porque el reactivo de Fehling también sirve para distinguir distintos tipos de azucares

que se pueden oxidar, como la glucosa que es un monosacárido que demuestra la presencia de grupos aldehídos.

* Prueba de SchiffEl reactivo de Schiff es clorhidrato de p-rosanilina que se decolora con




ácido sulfuroso y reacciona con los aldehídos produciendo una coloración púrpura. La reacción que se lleva a cabo es la siguiente:Imagen 3.prueba de fehiling

O

CR H

+ Reactivo Schiff

Coloración magenta

NHSO2H)2Cl-(N+H3- C

SO3H

H2N= =C ( NH-SO2-CH)2Cl-OH

R

Tabla 3. Prueba de Schiff para Aldehídos y Cetonas.

Compuesto Observaciones al agregar el R. de SchiffBenzaldehíd

oReacciono y la solución se tornó color rosa claro y se

visualizó 2 fases la cual una de ella era un precipitado.

AcetonaLa solución se tornó color fucsia y solo de visualizo una

fase.

La tabla anterior, muestra que la prueba de Schiff con el benzaldehído dio positiva, ya que la solución final fue de color rosa claro como purpura, el cual es el color característico de la reacción con este reactivo, lo que comprueba que sí es un aldehído. Con la acetona la prueba dio ligeramente positiva,

Debido a que el color rosa es más claro que el característico de la prueba.

Imagen 4. Prueba de schiff

* Prueba del YodoformoLa reacción con yodoformo se lleva a cabo de la siguiente manera:

CH3R

O

C C

O

R O-

I2 / OH- CHI3 +




Tabla 4. Prueba del Yodoformo para Aldehídos y Cetonas.

Compuesto Observaciones

FormaldehidoNo hubo precipitado, y la mezcla le cuesta

reaccionar (es lenta)

AcetonaReacciono, cambio de color y se formó

precipitado el color fue un blanco lechoso

Como se puede ver en la tabla 4, la prueba del Yodoformo con el formaldehido dio negativa, ya que al añadirle el Lugol y el hidróxido de sodio la solución se colocó oscura, es decir, no se llevó a cabo la reacción, debido a que la prueba solo da positiva para las cetonas, el Lugol permaneció constante y no se presentó el precipitado de color amarillo con el cual se identifica el yodoformo formado. Con la acetona la prueba dio positiva

identificándose el precipitado de color amarillo del yodoformo.

Imagen 5. Prueba de yodoformo

* Preparación de la 2,4-dinitrofenil hidracina para formar hidrazona de la acetona y del formaldehido.

Se identifican las siguientes reacciones:

Con cetonas R-CO-R + H2NNC6H3(NO2)2 RR´-C=NNC6H3(NO2)2 + H2O

Cristales coloreadosCon aldehídos

R-CHO + H2NNC6H3 (NO2)2 R-CH=NNC6H3(NO2)2 + H2O Cristales coloreados

Tabla 5. Resultado de la formación de hidrazona.




CompuestoObservaciones al añadir el reactivo 2,4-dinitrofenil

hidracina

FormaldehidoSe formó un precipitado con pequeños gránulos de color

amarilloAcetona Se formaron 2 fases: un precipitado anaranjado

Esta reacción fue muy rápida, tanto para la cetona como para el aldehído fue positiva formándose en ambos casos un sólido amarillo naranja, es decir, la 2,4-dinitrofenilhidrazona de la acetona y del formaldehido. Como se muestra en la tabla 5, para el aldehído los cristales fueron amarillo claro indicando la presencia del compuesto carbonilo y para la cetona sus cristales eran de color anaranjado lo que indica la presencia del compuesto carbonilo. Esta prueba no diferencia a un aldehído de una cetona, solo identifica la presencia del grupo carbonilo.

Imagen 6. Formación de hidrazona

CONCLUSIONESLos aldehídos y las cetonas contienen el grupo carbonilo (C=O). El carbono carbonílico de un aldehído está unido como mínimo a un hidrógeno (R-CHO), pero el

carbono carbonílico de una cetona no tiene hidrógeno (R-CO-R). Los de bajo peso molecular son totalmente solubles en agua. Los aldehídos y cetonas son producidos por la oxidación de alcoholes primarios y secundarios, respectivamente.Por lo general, los aldehídos son más reactivos que las cetonas y son buenos agentes reductores. Un aldehído puede oxidarse al correspondiente ácido carboxílico; en cambio, las cetonas son resistentes a una oxidación posterior.Las reacciones características para la detección de grupos carboxílicos son la de Brady y Schiff, para los aldehídos, la de Tollens y Fehling, y para las cetonas, la del yodoformo.Se recomienda lavar los implementos de laboratorio antes de usarlos; así se evita posibles errores que puedan cambiar los resultados.

BIBLIOGRAFIAQuímica Orgánica, John McMurry, 7a

edición, 2008. Capítulo 19: Aldehídos y Cetonas, página 695.Química Orgánica, Aulinger, Johnson and Steven, 2da edición, Aldehídos y Cetonas, página 255

ANEXOS




1. Como diferenciaría usted, justificando con ecuaciones químicas apropiadas los siguientes compuestos:a. Propanona b. Ciclohexanona c. Propanal

Solución: La Propanona se diferencia mediante la reacción del yodoformo, en la cual se reconocen las cetonas.Primero las cetonas se oxidan a metilcetonas, luego estas reaccionan con el yodo y el ión hidróxido para producir yodoformo.

La Ciclohexanona se diferencia mediante la reacción del yodoformo.

El Propanal se diferencia mediante la prueba de Tollens.

2. El Propanal se oxida a acido carboxílico y en consecuencia forma un espejo de plata.Un compuesto C5H10O reacciona con la 2,4-dinitrofenil hidracina, pero no reacciona con el reactivo de Tollens, no da la prueba del Yodoformo. ¿Cuál es la estructura de este compuesto?

Solución: como se dice que el compuesto reacciona con 2,4-dinitrofenil hidracina (prueba de Brady), se deduce que debe ser un aldehído o una cetona, luego como el compuesto no reacciona con Tollens, entonces se descarta la idea de que sea un aldehído, pues esta prueba verifica la presencia de estos, por último se sabe que el compuesto no da la prueba del yodoformo, entonces no es una metilcetona o metilcarbinol. Por todo lo anterior, se deduce que el compuesto debe ser una cetona, pero NO una metilcetona, entonces la única estructura del compuesto que cumple las anteriores condiciones es:




3-pentanona (C5H10O)

¿Cuáles de los siguientes compuestos es de esperar que den positiva la prueba del yodoformo?

CH3-CH2-C-H

CH3-C-H

CH3-C-CH2-CH3

H-C-H

Ar-C-H

O

O

O

O

O

O

CH3-CH2-C-CH2-CH3

OH

CH3-C-CH2-CH3

H

CH3-CH2-OH

CH3

CH3-C-CH2-CH3

OH

CH3-CH2-C-CH2-CH3

OH

H

a

b

c

d

e

f

g

h

i

j

Solución: la prueba del yodoformo es específica para detectar las metilcetonas, los acetaldehídos o los metilcarbinoles.Los. Los compuestos que contienen cualquiera de estos grupos reaccionan con yodo en hidróxido de sodio produciendo precipitados de yodoformo, de color amarillo brillante; los compuestos que contiene el grupo – CHOHCH3 también dan una prueba del yodoformo positiva porque primero se oxida a metilcetonas, luego éstas reaccionan con el yodo y el Ion hidróxido para producir yodoformo.Entonces los compuestos que dan positivo a esta prueba son: B, C, F, G, H, I, J.


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