INTRODUCCIÓNEl presente informe trata del análisis de cada grupo funcional orgánico. Se

conoce como grupo funcional al conjunto de átomos que se caracterizan por tener una clase de compuestos orgánicos con propiedades físicas y químicas.

Estos compuestos pertenecientes a distintos grupos funcionales poseen tipos de reacciones características. Para poder identificar a cada grupo funcional es necesario conocer la capacidad de reacción de cada compuesto con reactivos característicos y a condiciones específicas.

Cada grupo funcional posee diferente capacidad de reaccionar con elementos o compuestos, por ejemplo: los alcoholes, de grupo funcional R-OH, se caracterizan porque reaccionan con metales alcalino térreos, sin embargo los fenoles reaccionan con álcalis (hidróxidos de lo metales alcalinos).

Gracias a las características comunes que presentan los compuestos del mismo grupo funcional es fácil reconocerlos utilizando un identificador característico de cada grupo.

FUNDAMENTO TEÓRICO

ALCOHOLESSon compuestos que contienen un grupo oxhidrilo (-OH), que se encuentran

unidos a carbonos alifáticos. Los alcoholes son en un sentido general tanto ácidos como básicos. Este doble carácter se explica por la tendencia de las moléculas de alcohol a asociarse a través de puentes de hidrógeno, por esto es que los alcoholes hierven a temperaturas superiores a la de los hidrocarburos del mismo peso molecular. Se clasifican en PRIMARIOS, SECUNDARIOS o TERCIARIOS, según que el grupo oxhidrilo se encuentre unido a un carbono primario, secundario o terciario.

C CC C OH C C OH C C OH

C Alcohol Alcohol AlcoholPrimario Secundario Terciario

ENSAYO DE LUCAS: DIFERENCIACIÓN DE ALCOHOLESEs empleado para distinguir alcoholes primarios, secundarios o terciarios, los

alcoholes que reaccionan con esta prueba, se dan de acuerdo con la estabilidad del ion carbonio, así los alcoholes terciarios alicíclicos y bencílicos reaccionan más rápido que los primarios y secundarios. Así, los alcoholes terciarios se transforman en halogenuros, esto se comprueba debido a que la solución se vuelve opaca y se forma una segunda fase debido a la insolubilidad del halogenuro en la mezcla de reacción. Los alcoholes con cinco átomos de carbono o menos son solubles en el reactivo. Si el alcohol desconocido es secundario, la solución no se pone opalescente inmediatamente, peor sí después de unos 5 minutos. Los alcoholes primarios saturados no reaccionan con el reactivo HCl-ZnCl2 a la temperatura de reacción.

REACCIONES DE OXIDACIÓN: DIFERENCIACIÓN DE ALCOHOLESLa oxidación de alcoholes primarios conduce a la formación de aldehídos.

Los agentes oxidantes usuales para esta reacción son el dicromato de potasio en ácido sulfúrico o el permanganato de potasio.

Sin embargo, los aldehídos se oxidan con más facilidad que los alcoholes y si se permite que el aldehído permanezca en el matraz de reacción se oxidará hasta el ácido carboxílico. Para impedir esta reacción secundaria debe utilizarse el aldehído tan pronto se forme.

La oxidación de alcoholes secundarios mediante dicromato de potasio en ácido sulfúrico conduce a la formación de cetonas.

Como las cetonas son resistentes a la oxidación posterior (sólo se oxidan en condiciones suficientemente vigorosas como para romper enlaces carbono-

carbono), en este caso no se presentan las mismas dificultades que en la oxidación de alcoholes primarios a aldehídos.

DIFERENCIACIÓN ENTRE FENOL Y ALCOHOLLa diferencia existente entre un fenol y un alcohol es básicamente por la

acidez que presenta el primer compuesto.Los fenoles son más ácidos que los alcoholes porque la base conjugada (el

fenóxido) está estabilizada por resonancia. La carga negativa está deslocalizada por el anillo bencénico.

O O O

O O

La acidez del fenol se justifica por su resonancia. La resonancia es probablemente el concepto más importante utilizado para relacionar la estructura con las propiedades químicas en los compuestos.

Cuando los enlaces o los pares no enlazados se encuentran localizados sobre los átomos adyacentes a un grupo funcional, también tienen lugar importantes interacciones. De hecho la deslocalización de electrones entre grupos funcionales separados por muchos átomos en un sistema conjugado conduce a algunos de los efectos como a acidez.

GRUPO CARBONILO Tanto los aldehídos como las cetonas, tienen como grupo funcional el grupo

carbonilo, C O. En un aldehído, el grupo carbonilo se encuentra unido a un átomo de hidrógeno y a un carbono. en tanto que en una cetona el grupo carbonilo se encuentra unido a dos átomos de carbono.

H R´ R C O R C O

Aldehído Cetona

REACCIÓN GENERAL DEL GRUPO CARBONILO (Prueba con el 2,4-DNFH)

Como el nitrógeno trivalente es nucleofílico, es lógico pensar que los compuestos con nitrógeno, derivados del amoniaco, se puedan adicionar a la función carbonílica. La reacción del amoniaco con aldehídos y cetonas frecuentemente da origen a polímeros complejos. Sin embargo con muchos derivados del amoniaco es posible aislar y caracterizar productos de adición puros. Los derivados del amoniaco más comúnmente usados son: la hidroxilamina, NH2OH, la semicarbadiza, NH2NHCONH2, la fenilhidrazina, C6H5NHNH2, y la 2,4-dinitrofenilhidrazinas.

O2N NHNH2

NO2

Estos compuestos reaccionan con aldehídos y cetonas produciendo “derivados” que se llaman respectivamente, oximas, semicarbazonas, fenilhidrazonas y 2,4-dinitrofenilhidrazonas.

Estas reacciones se catalizan con adición al grupo carbonilo, seguida de eliminación de agua.

GRUPO CARBOXILOEl grupo carboxilo puede encontrarse unido a un átomo de carbono saturado

(alifático o cicloalifático), a un átomo de carbono no saturado o a un anillo aromático. en una molécula puede haber más de un grupo carboxilo.

El grupo carboxilo es ácido, es decir, es capaz de donar un protón a una base. Los ácidos carboxílicos son, generalmente, menos ácidos que los ácidos inorgánicos fuertes, pero son más ácidos que el agua.REACCIÓN DE LOS ÁCIDOS CARBOXÍLICOS CON BICARBONATO DE SODIO

Los ácidos carboxílicos también reaccionan con bicarbonato de sodio desprendiendo dióxido de carbono y produciendo agua, ya que son más ácidos que el ácido carbónico.

El desprendimiento de CO2 de una solución de bicarbonato de sodio en agua es útil para distinguir los ácidos carboxílicos de otros substancias débilmente ácidas, tales como fenoles, que se disuelven en hidróxido de sodio pero no desprenden CO2 del bicarbonato de sodio.

REACCIÓN DE ESTERIFICACIÓN DE ÁCIDOS CARBOXÍLICOSUn ácido reacciona con un alcohol produciendo un éster. Para catalizar esta

reacción se emplea comúnmente una pequeña cantidad (generalmente menos de 3%) de un ácido mineral fuerte (por ejemplo: HCl oH2SO4), o también un ácido de Lewis, (como el trifluoruro de boro). Esta reacción puede alcanzar un equilibrio, según se indica a continuación:

H

RCOOH + R´OH RCOOR´ + HOHEn muchos casos se llega al equilibrio cuando sólo se han transformado las

dos terceras partes del ácido o del alcohol en el éster. El ion hidrógeno o el BF3, que sirven para catalizar la reacción de esterificación, también sirven como catalizadores para la reacción inversa, es decir, la hidrólisis del éster. Para poder aumentar el rendimiento del éster se puede aplicar el principio de Le Chatelier y desplazar el equilibrio en dirección del éster, utilizando un exceso del ácido o del alcohol o bien eliminando uno de los productos, ya sea el éster o el agua, tan pronto como se forman.

IDENTIFICACIÓN DE ALCOHOLES1. Los alcoholes reaccionan con los trihalogenuros de fósforo dando un

halogenuro de alquilo y ácido fosfórico.R-OH + PX3 RX + H3PO3

2. El alcohol al reaccionar con ácidos , con metales activos desprende hidrógenos.

3. Reacciona con el cloruro de tosilo (cloruro de p-tolueno sulfonilo) dando ésteres.Ejm:

CH3CH2OH + CH3 SO2Cl base CH3 SO2CH2CH3

4. La acidez de los alcoholes se demuestra por su reacción con metales activos con liberación de hidrógeno gaseoso y formación de alcóxidos.

ROH + Na RONa + ½ H2

5. Otra forma de identificarlo es agregándole la sodamida producirá amoniaco y el alcóxido de sodio.

NaNH2 + ROH RONa + NH3

6. La prueba de yodoformo indica si un alcohol contiene o no una unidad estructural determinada, si se trata el alcohol con yodo o NaOH da un precipitado de color amarillo de yodoformo (CHI3)

DETALLES EXPERIMENTALESA. ALCOHOLES

a.1 REACCIÓN CON EL SODIO METÁLICOSe toma un juego de tres tubos de ensayo a los cuales se les agrega 2

mL de 1-propanol, 2-propanol y alcohol terbutílico, respectivamente. En seguida agregar un pequeño trozo de sodio a cada tubo. Se observa lo siguiente: 1-propanol + Na Burbujeo con desprendimiento de hidrógeno, la

reacción es más rápida que las otras dos debido a la presencia de mayor cantidad de hidrógeno. Presenta un color lechoso y una consistencia viscosa. La reacción es exotérmica.

2-propanol + Na Burbujeo de menor intensidad, con desprendimiento de hidrógeno. Se mantienen cristalino.

Alcohol Terbutílico + Na Reacción lenta con burbujeo pausado.a.2 REACCIONES DE OXIDACIÓN

Para este ensayo se utiliza 1 mL de solución problema. Luego se le agrega a cada uno 1 mL de K2Cr2O4 y una gota de H2SO4(cc). Se observa lo siguiente: Con el 1-propanol, 2-propanol y el alcohol terbutílico, no hubo variación

su coloración fue anaranjada.Llevar a baño María (100°C) durante 5 minutos. Se observó: Con el 1-propanol, la coloración que se obtuvo fue verde escarlata, en la

parte inferior y en la parte superior se forma una pequeña capa cristalina.

Con el 2-propanol, la coloración que se obtuvo fue verde escarlata. Con alcohol terbutílico, no hubo cambio de coloración.Reacciones:

CH3CH2CH2OH + K2Cr2O7 H2SO4 CH3CH2CHO + H2O

CH3CHOHCH3 + K2Cr2O7 H2SO4 CH3COH3 + H2O

CH3CH2COHCH3 + K2Cr2O7 H2SO4 No hay reacción

Al oxidarse un alcohol primario se obtiene un aldehído, en cambio al oxidar un alcohol secundario se obtiene una cetona y un alcohol terciario no se oxida.

a.3 DIFERENCIACIÓN ENTRE ALCOHOL Y FENOLSe utilizarán dos tubos. En uno habrá 2 mL de n-propanol y en el otro

1 mL de fenol. Agregar a cada tubo 3 gotas de FeCl3. Se observó que el fenol es un cristal de color pardo, el cual luego que se le agregó el FeCl3 se obscureció a violeta. En cambio con el n-propanol se obtuvo una coloración amarilla.Reacciones:

OH O

3 + FeCl3 3 Fe + 3HCl Sal férricas coloración fenoxidica violeta

CH3CH2CH2OH + FeCl3 No hay reacciónb. GRUPO CARBONILO

Para las reacciones del grupo carbonilo, se utilizarán dos tubos de ensayo que contienen soluciones problema de formaldehído y cetona.

b.1 REACCIÓN GENERAL DEL GRUPO CARBONILO

Se verterá en un tubo 10 gotas de formaldehído y en otro tubo igual cantidad de cetona. Se agrega a ambos tubos 2 mL de alcohol etílico y 2 mL de 2,4-DNFH. Dejar en reposo y hervir si es necesario para tratar de conseguir precipitados. Se observa que se forman grumos y la solución es de color amarillo intenso en el tubo que contiene el formaldehído cuando se le agrega el 2,4-DNFH. En cambio, en el tubo que contiene la cetona se forman también especie de grumos pero la coloración es naranja.

NO2 NO2

H2NNH H2C=NNHHCHO + + H2O

NO2 NO2

2,4-dinitrofenil hidrazona de formaldehído

NO2 CH3 NO2

O H2NNH C=NNH CH3-C-CH3 + CH3 + H2O

NO2 NO2

2,4-dinitrofenil hidrazona de cetona

b.2 DIFERENCIACIÓN CON EL REACTIVO DE FEHLINGVerter en cada tubo 2 mL de reactivo de Fehling A y 2 mL de Fehling

B, luego añadir a un tubo 6 gotas formaldehído y al otro igual cantidad de cetona. Llevar ambos tubos a un vaso en agua a 100° C. Reactivo de Fehling: Fehling A + Fehling B = Licor de FehlingCu(OH)2 + Na2SO4 + Tartrato de sodio potasio

H H HO COO -OOC-C-O O-C-COO-

Cu2+ + HO COO + 4OH- Cu + H2O

H -OOC-C-O O-C-COO- H

ComplejoSe forma una solución de color azul en el tubo que contenía

inicialmente cetona.Cu2+ + R-CHO + 5OH R-COO + Cu2O +

H2O FormaldehídoSe forma una solución de color azul intenso en el tubo que contenía

inicialmente formaldehído, que al calentarla, forma como espejos en las paredes del tubo de color rojo ladrillo.

c. GRUPO CARBOXILOSe usará sólo un tubo de prueba al cual se le agregará 1mL de ácido

acético, el cual se convertirá en muestra problema para este ensayo.c.1 REACCIÓN DE LOS ÁCIDOS CARBOXÍLICOS

Tomar el tubo con la solución problema y añadirle 0.1 g de bicarbonato de sodio ( NaHCO3). Llevar a calentar. Se observa que al calentar el NaHCO3, sólido blanco se disuelve y se observa desprendimiento de un gas (CO2).Reacción:

CH3COOH + NaHCO3 CH3COONa + CO2 + H2O

c.2 REACCIÓN DE ESTERIFICACIÓN DE ÁCIDOS CARBOXÍLICOSTomar el tubo con la solución problema y agregarle 2mL de alcohol n-

propanol y 1mL de H2SO4 (cc). Llevar a calentar suavemente, luego agregarle un poco de Na2CO3(s). Se observa que, como en el caso anterior se formó una solución blanca que al calentarla se disolvió pero esta vez se percibió un olor agradable que indicaría la presencia de un éster.Reacción:CH3COOH + CH3CH2CH2OH CH3COOCH2CH2CH3 + H2O

Éster

DISCUSIÓN DE RESULTADOS- Las reacciones se llevan a cavo por la formación de un ion carbonio

intermediario. La estabilidad de dicho ion determinará la velocidad de formación del halogenuro de alquilo.

R-OH + ZnCl2 R-O-----ZnCl2 H

R+ Cl RCl + HOZnCl H+ ZnCl2 + H2O

- En la oxidación de alcoholes los compuestos carbonílicos, sufren la ruptura de los enlaces C-H y O-H.

- Los alcoholes terciarios no tienen hidrógenos en el carbono que lleva el OH, son resistentes a la oxidación.

- En la diferenciación entre alcohol y fenol la coloración violeta depende de la naturaleza exclusiva del fenol.

- En la reacción general de un grupo carbonilo, la formación del Cu2O da evidencia de la oxidación del aldehído, ya que el Cu se ha reducido. Esta oxidación no será positiva con la cetona, razón por la cual el licor de Fehling sirve como diferenciador entre aldehídos y cetonas.

CONCLUSIONES- El H2SO4 se utiliza para la oxidación de alcoholes, ya que este sirve para que se

produzca la reacción, pues el cromo debe cambiar de estado de oxidación.

- El fenol por su poca activación del grupo OH, debido a la insaturación del anillo es soluble en compuestos orgánicos de carácter básico, mas no es soluble en compuestos orgánicos de carácter ácido.

- Los alcoholes por su reactividad se clasifican en:

TERCIARIOS < SECUNDARIOS < PRIMARIOS- En presencia de un ácido los alcoholes se cargan positivamente y forman un ion

carbonio.- Los alcoholes primarios saturados no reaccionan con el HCl y el ZnCl2.- Los ácidos carboxílicos son por lo general menos ácidos que los ácidos orgánicos

de alta concentración, pero a comparación del agua tiene mayor acidez.- Las reacciones producidas en el grupo carbonilo dependen principalmente de la

reactividad de los hidrógenos.RECOMENDACIONES

- La técnica para identificar al aldehído mediante el reactivo de Fehling hacerla cuidadosamente, teniendo cuidado de no agitar porque sino no se observará la reacción de formación de “espejos” en las paredes del tubo.

- Tener cuidado al trabajar con soluciones concentradas como ácido sulfúrico, ácido nítrico y soluciones irritantes a la piel como el fenol.

- Cuando se quiera calentar un alcohol es preferible hacerlo en baño maría y en una cocinilla eléctrica y no utilizar mechero ya que podría producirse la inflamación del compuesto.

- Tener cuidado con la utilización del sodio metálico porque éste reacciona con el agua.

BIBLIOGRAFÍA

Autor(es) : Henry Rakoff y Norman C. Rose. Titulo : Química Orgánica Fundamental Primera edición. 1971.

Autor(es): Hebert Meislich, Howard Nechamkin y Jacob Sharefkim.

Titulo: Química Orgánica Segunda Edición

Autor(es) : Louis A. Fieser y Mary Fieser Titulo : Química Orgánica Fundamental. 1964.