REACCIONES DE CIDOS CARBOXILICOS Y DERIVADOSBleidys Aristizabal E, Arnold Navarro L, Nafer Martnez M.Facultad de IngenieraIngeniera Qumica

INTRODUCCIONLa combinacin de un grupo carbonilo y un grupo hidroxilo en el mismo tomo de carbono se denomina grupo carboxilo (ver figura 1) a su vez los compuestos que contienen al grupo carboxilo tienen un carcter cido y por esto son denominados cidos carboxlicos.

Figura 1. Grupo CarboxiloUn cido carboxlico aliftico tiene un grupo alquilo unido al grupo carboxilo, mientras que un cido carboxlico aromtico tiene un grupo arilo. Los derivados de estos cidos orgnicos se originan en el momento en el cual el grupo funcional OH de la funcin carboxilo es reemplazado por cualquier otro grupo. Un cido carboxlico cede protones por ruptura heterolitica del enlace O-H dando un protn y un ion carboxilato.

Figura 2. Formacin del ion carboxilato.Los cidos orgnicos son compuestos muy polares y debido a estas molculas pueden formar enlaces de hidrogeno entre s y con el agua, por eso tienen un punto de ebullicin muy cercano a los alcoholes, cetonas o aldehdos de peso molecular semejantes. Sin embargo, los cidos carboxlicos de bajo peso molecular presentan solubilidad apreciable en agua, en cambio los que presentan largas cadenas de carbonos (de por lo menos diez carbonos) son esencialmente insolubles en agua pero son ms solubles en alcoholes debido a la formacin de puentes de hidrgenos entre ellos.Los cidos carboxlicos reaccionan por medio de adicin nucleofilica al grupo acilo, donde un nucleofilo reemplaza a otro en el tomo de carbono carboxlico.Los derivados de cidos se diferencian en la naturaleza de los grupos salientes enlazados al carbono carboxlico. La sustitucin nucleofilo en el grupo acilo es el mtodo ms frecuente de interconvenir estos derivados y dependen si se da en un medio acido o bsico.

Figura 4. Derivados de cidos carboxlicos.

Respecta a la reactividad de los derivados de cidos carboxlicos, los haluros de cidos son los ms reactivos ya que presentan mayor tendencia a perder el halgeno por una especie nucleoflica. Las amidas son las menos reactivas hacia un ataque nucleoflico. Para hidrolizar las amidas estas se deben calentar hasta la ebullicin con cidos o bases inorgnicas. La hidrolisis bsica de una amida primaria produce amoniaco y el ion carboxilato y la hidrolisis acida produce el cido carboxlico y el ion amonio.Los cidos carboxlicos se encuentran en el centro de los compuestos carbonilicos, no solo son importantes por ellos mismos sino tambin porque sirven como materias de partida para la preparacin de numerosos derivados acidicos.OBJETIVOSIdentificar cidos y sus derivados por medio de sus propiedades fsicas como la solubilidad as como los cambios que estos presenten frente a otras sustancias.Conocer la reaccin de los compuestos con el grupo carboxilo frente a una base y saber por medio de estas las caractersticas de ellos.Diferenciar las propiedades fsicas de algunos cidos carboxlicos y sus derivados. Analizar cmo se pueden obtener productos de uso cotidiano por medio de reacciones qumicas de compuestos carboxlicos METODOLOGIA Solubilidad y acidez

Ensayo de clasificacin

Hidrolisis de amidas

Saponificacin

ANLISIS DE RESULTADOS.

I. Solubilidad y acidezDurante la primera parte de la prctica se hicieron pruebas de solubilidad y acidez del cido benzoico y cido actico . En dos tubos de ensayo se agreg una pizca de cido benzoico junto a 2 ml de agua destilada. Siendo el cido benzoico un slido incoloro en las condiciones normales que se presentan en el laboratorio cuya estructura molecular se presenta como un anillo fenilico con un grupo carboxilo unido al anillo, para un total de 7 carbonos no soluble a temperatura ambiente (26c) como se observa en la figura 4. Figura 4. Acido benzoico en agua Figura 5. Acido benzoico con solucin de NaOHEn cambio, al agregar Hidrxido de Sodio al 10% a uno de los tubos de acido benzoico con agua se form una sola fase liquida incolora como se muestra en la figura 5.

Esto se debe a la reaccin acido-base que ocurre entre el hidrxido de sodio y el cido benzoico. Que tiene como resultado la sal benzoato de sodio . (Ecuacin 1) (1)

El benzoato de sodio presenta alta solubilidad en agua porque su molcula se disocia formando la mezcla incolora mostrada anteriormente.En un tercer tubo se agreg cido actico y agua, inmediatamente se present una mezcla homognea e incolora ya que el cido actico poseedor de un grupo OH nos permite afirmar que es una molcula polar y capaz de formar puentes de hidrogeno con el agua e incluso con capacidad de formar puentes de hidrogeno consigo mismo como muestra la figura 6.

Figura 6. Puentes de hidrogeno entre Agua y cido actico. Puentes de hidrogeno entre cido actico y cido acticoII. Ensayo de clasificacin

En cuatro tubos de ensayo se colocaron respectivamente, 5 gotas de cido actico al primero, una pizca de cido benzoico al segundo, una pizca de fenol al tercero y una pizca de -naftol al cuarto. Al adicionar a cada tubo 2 mL de solucin de NaHCO3 al 5 % disponible en el laboratorio, en los dos primeros tubos de ensayo se observ la formacin de espumas y algo de gas y un pequeo aumento de volumen dada la pequea cantidad de reactivos de la que se dispone (Figura 7). Esto sucede debido a la reaccin acido-base que se presenta en ambos casos, en primer lugar el cido actico reacciona con bicarbonato de sodio para dar acetato de sodio, dixido de carbono y agua como se muestra en la ecuacin 2. (2)Por su parte, con el cido benzoico ocurre una reaccin muy parecida (3), (3)Debido a las anteriores reacciones se puede afirmar que el gas formado en el laboratorio corresponda al diosito de carbono de las reacciones.Entonces, en los cidos carboxlicos se observa el burbujeo del dixido de carbono generado; en cambio el fenol y el -naftol no reaccionan frente a dicha base, por lo que se deduce que se trata de cidos ms dbiles que los carboxlicos.Agitar y observar si hay evolucin de burbujas y si el compuesto se disuelve

Figura 7. Reacciones de cido actico, acido benzoico, fenol y -naftol respectivamente con bicarbonato de sodio.III. Hidrlisis de amidas

Hidrolisis bsica:Inicialmente se tiene un tubo de ensayo con acetamida, al cual se le agrega 1 mL de NaOH y se calienta hasta ebullicin, durante este proceso se libera amoniaco, como se muestra en la ecuacin 4

+ NH3 (4)+-

Durante el calentamiento (Figura 8) se percibe el olor a amoniaco, lo cual confirma que la reaccin se ha llevado a cabo. Figura 8. Calentamiento de acetamida y NaOHCon el olor se comprueba el desprendimiento de amoniaco, ya que este compuesto es una base fuerte; entonces se puede afirmar que se trata de una hidrolisis en medio bsico.

Hidrolisis acidaEn la segunda parte de la hidrolisis de amidas se observa la hidrolisis de la acetamida en medio acido. Se tiene acetamida en un tubo de ensayo, a esta se le agrega 1 mL de cido sulfrico , luego se calienta. La reaccin que ocurre en esta etapa se muestra en la ecuacin 5

NH4+ (5)

Se procede a medir el pH por medio del papel tornasol y dio como resultado un color rojo lo que indic un pH acido dada la presencia del cido actico.IV. SaponificacinSe tom una pequea cantidad de aceite vegetal y se le agreg NaOH al 25% y metanol. Luego de esto se calent (figura 9) y como resultado se dio la reaccin mostrada en la figura 10. Figura 9 Calentamiento de la solucin Figura 10 Reaccin de saponificacinA continuacin se agrega cloruro de sodio con el fin de separar el jabn de la solucin acuosa (figura 10). El precipitado que se observa es el producto final: jabn.

Figura 11. Precipitado de jabn durante la saponificacinComo el jabn es insoluble en el agua salada, se acumula en forma de grumos y sube a la superficie por su menor densidadCONCLUSIN. Los derivados del cido carboxlico son sustancias que dependiendo su estructura, esta podr formar puentes de hidrogeno con el agua y solubilizarse en ella. Esto se debe a la polaridad del cido, si la sustancia es apolar deber calentarse para romper dicha restriccin que le impide formar puentes de hidrogeno o por su defecto como en el caso del cido benzoico se le puede agregar hidrxido de sodio.ANEXOS.1. El agua y el aceite son insolubles y forman al mezclarse dos capas lquidas diferenciadas. De acuerdo a esto, si usted pone a reaccionar hidrxido de sodio acuoso con cido benzoico disuelto en benceno, cuntas capas encontrar al final y sus respectivos componentes?

Al hacer reaccionar hidrxido de sodio acuoso y acido benzoico disuelto en benceno se obtendrn dos capas, una fase acuosa y una orgnica, en la acuosa estar compuesta por agua, anin benzoato, catin sodio y el exceso de OH- y en la orgnica se encontrara el benceno.

2. Cmo es la disociacin del acetato de sodio en agua (parcial o total), el pH de esta solucin ser bsico o cido. Explicar con reacciones.

La disociacin es total, debido a que las sales provenientes de cidos carboxlicos, son sales fuertes y solubles en agua, lo cual al disociarse generan sus bases conjugadas (Ion Acetato), que cuando se hidroliza acta como una base aceptando un protn del agua; formando su cido conjugado y el ion hidroxilo (base conjugada).El pH de esta solucin ser bsico, como se muestra en la siguiente reaccin:

Como el cido actico es un cido dbil, el ion acetato se disociar parcialmente, por lo tanto el ion acetato sufrir hidrolisis:

Reaccin de Equilibrio.Entonces con esto podemos describir que la disociacin del acetato de sodio en agua como:

Como en el medio aparece un ion hidroxilo, el pH de la solucin ser bsico.

3. De los derivados de cido por qu las amidas son los compuestos menos reactivos hacia un ataque nucleoflico?

Las amidas son menos reactivas que los cloruros de cidos, los anhdridos y los steres, porque el Nitrgeno es menos electronegativo que el Cloro y que el Oxgeno. Estos tomos unidos directamente al Carbono del grupo carbonlico al ser electronegativos le quitan densidad electrnica y as facilitan un ataque nucleoflico. Adems, para una sustitucin nucleoflica, es bueno que el grupo saliente sea menos bsico, y esa condicin la cumplen mejor los cloruros de cido, los anhdridos y los steres, cuyos grupos salientes sern el Cloruro, un cido o un alcohol, que son todos menos bsicos que una amina, que ser el grupo saliente en el caso de una amida.

4. Qu es una reaccin de neutralizacin?

Una reaccin de neutralizacin es una reaccin entre un cido y una base. Cuando en la reaccin participan un cido fuerte se obtiene una sal y agua. Mientras que si una de las especies es de naturaleza dbil se obtiene su respectiva especie conjugada y agua. As pues, se puede decir que la neutralizacin es la combinacin de cationes hidrogeno y de iones hidrxido para formar molculas de agua. Durante este proceso se forma una sal. Las reacciones de neutralizacin son generalmente exotrmicas,, llo que siginifica que desprenden energa en forma e calor.

5. En la hidrlisis bsica de una amida seria fundamental el papel indicador? Por qu?

Si es fundamental el papel indicador porque si bien las amidas son compuestos neutros, cuando son hidrolizadas se reconstituyen los compuestos que le dieron origen: el cido correspondiente y amoniaco como este ltimo es una base, el papel indicador mostrara cuando la reaccin se produzca.

6. Qu se entiende por saponificacin. Cul es la estructura qumica general de grasas y aceites.

Se entiende por saponificacin la reaccin que produce la formacin de jabones. La principal causa es la disociacin de las grasas en un medio alcalino, separndose glicerina y cidos grasos. Estos ltimos se asocian inmediatamente con los lcalis constituyendo las sales sdicas de los cidos grasos: el jabn. Esta reaccin se denomina tambin desdoblamiento hidroltico y es una reaccin exotrmica.

La reaccin tpica es:CIDOS GRASOS + SOLUCIN ALCALINA = JABN + GLICERINA.

composicin y estructura de las grasas y los aceites:Estos compuestos tienen, en general, una cadena hidrocarbonada larga, variable entre 12 y 26 tomos de carbono, en uno de cuyos extremos se encuentra el grupo cido o carboxilo. La cadena hidrocarbonada puede ser saturada, es decir, tener enlaces simples entre sus carbonos, o bien presentar uno o ms dobles enlaces. En las grasas de reserva de los animales existen sobre todo los cidos de 16 y 18 tomos de carbono.

BIBLIOGRAFA.John McMurry; Qumica Orgnica; 7 edicin; CENGAGE Learning Editores, S.A; Mxico D.F, 2008; Cap. 19. Pg. 695 - 738.

L. C. Wade, Jr; Qumica Orgnica, 5 edicin; PEARSON EDUCACION, S.A.; Madrid 2004; Cap.18. Pg. 774 - 825.Gua de Laboratorio de Qumica orgnica, prcticas de docencia para el programa de ingeniera Qumica, 2013.German Fernndez; Qumica orgnica.