domingo, 27 de julio de 2008

practica 5

Objetivo:
Demostrar las propiedades químicas de los alcoholes.

Fundamento Teórico:

Los alcoholes son los derivados hidroxilados de los hidrocarburos, al sustituirse en éstos los átomos de hidrógeno por grupos OH. Según el número de grupos OH en la molécula, unido cada uno de ellos a distinto átomo de carbono, se tienen alcoholes mono, di, tri y polivalentes. Los alcoholes alifáticos monovalentes son los más importantes y se llaman primarios, secundarios y terciarios, según que el grupo OH se encuentre en un carbono primario, secundario o terciario.

El alcohol es el término aplicado a los miembros de un grupo de compuestos químicos del carbono que contienen el grupo OH. Dicha denominación se utiliza comúnmente para designar un compuesto específico: el alcohol etílico o etanol. Proviene de la palabra árabe al-kuhl, o kohl, un polvo fino de antimonio que se utiliza para el maquillaje de ojos. En un principio, el término alcohol se empleaba para referirse a cualquier tipo de polvo fino, aunque más tarde los alquimistas de la Europa medieval lo utilizaron para las esencias obtenidas por destilación, estableciendo así su acepción actual.

Los alcoholes tienen uno, dos o tres grupos hidróxido (-OH) enlazados a sus moléculas, por lo que se clasifican en monohidroxílicos, dihidroxílicos y trihidroxílicos respectivamente. El metanol y el etanol son alcoholes monohidroxílicos. Los alcoholes también se pueden clasificar en primarios, secundarios y terciarios, dependiendo de que tengan uno, dos o tres átomos de carbono enlazados con el átomo de carbono al que se encuentra unido el grupo hidróxido.

Los alcoholes se caracterizan por la gran variedad de reacciones en las que intervienen; una de las más importantes es la reacción con los ácidos, en la que se forman sustancias llamadas ésteres, semejantes a las sales inorgánicas. Los alcoholes son subproductos normales de la digestión y de los procesos químicos en el interior de las células, y se encuentran en los tejidos y fluidos de animales y plantas.
Las propiedades físicas de los alcoholes están relacionados con el grupo -OH, que es muy polar y es capaz de establecen puentes de hidrógeno con sus moléculas compañeras, con otras moléculas neutras, y con aniones. Esto hace que el punto de ebullición de los alcoholes sea mucho más elevado que los de otros hidrocarburos con igual peso molecular.
El comportamiento de los alcoholes con respecto a su solubilidad también refleja su tendencia a formar puentes de hidrógeno. Así, los alcoholes inferiores, son miscibles en el agua, mientras que esta propiedad va perdiéndose a medida que el grupo lipófilo va creciendo, pues el grupo -OH deja de ser una parte considerable de la molécula.
Las propiedades químicas de un alcohol, ROH, están determinadas por su grupo funcional, el grupo hidroxilo, -OH. Cuando hayamos aprendido la química de los alcoholes, habremos aprendido una parte importante de la química del grupo hidroxilo, cualquiera que sea el compuesto en que aparezca. Sabremos qué espera, al menos en aparte, de hidroxihalogenuros, hidroxiácidos, hidroxialdehídos, etc.
Las reacciones de un alcohol pueden involucrar la ruptura de uno de dos enlaces: el enlace C-OH, con eliminación del grupo -OH, o el enlace O-H, con eliminación de -H. Los dos tipos de reacción pueden implicar sustitución, en la que un grupo reemplaza el -OH o el -H, o eliminación, en la que se genera un doble enlace.
Algunas de las propiedades químicas de los alcoholes: su acidez y basicidad, su poder nucleófilo, su conversión en halogenuros y sulfonatos de alquilo, y alquenos. El grupo -OH puede reemplazarse directamente o, lo que es más frecuente, mediante un halogenuro o sulfonato de alquilo por muchos otros grupos o eliminarse para establecer un doble enlace carbono-carbono.
La acidez de los alcoholes se demuestra por su reacción con metales activos para liberar hidrógeno gaseoso y formar alcóxidos. Los alcóxidos son reactivos muy útiles. Son bases poderosas más fuertes que el hidróxido y mediante la variación del grupo alquilo se pueden variar su grado de basicidad, sus necesidades estéricas y sus propiedades de solubilidad. Como nucleófilos, se pueden utilizar para introducir el grupo alcóxido en moléculas. Ya hemos utilizado los alcóxidos como bases y como nucleófilos, y seguiremos encontrándolos todo el estudio de química orgánica.
Material y equipo:

Material

1 Soporte universal
1 Mechero
1 Anillo metálico
1 Tela de asbesto
1 Baño María
1 Microscopio o lupa.
1 Vaso de precipitado de 50 ml
3 Vasos de precipitado de 100 ml.
12 Tubos de Ensayo dé 20 x 200 mm.
6 Tubos de ensayo de 10 x 75 mm
1 Cristalizador
1 Probeta de 50 ml.
1 Portaobjetos.
3 Pinzas para tubo de ensayo
1 Cápsula


Reactivos

Alcohol etílico
Alcohol isopropílico.
Alcohol n-amilico
Alcohol tert- amilico o tert — butílico
Sol. Al 20 % de KOH
Sodio
Octanol o Heptanol.
Glicerina.
Metanol.
H2S04
Ácido salicílico
Dis. Acuosa de NaCr2O7 al 10%
Hielo
Agua destilada
Ácido acético
Lugo
Observaciones:

Hidrógenos activos

· El sodio es un solidó de color blanco el cual agregamos a los tubos de ensayo que contenían alcoholes y observamos que en los alcoholes primarios, el tiempo de la reacción era menor desprendiendo hidrogeno que el tiempo que duraban reaccionando los alcoholes terciarios.
· Unos de los alcoholes tardaban más tiempo o no reaccionaban con el sodio debido a la capa que lo protege, que impedía la reacción.
· La glicerina no reacciona al agregarle sodio.
· Con el octanol lo que duro en reaccionar fueron 49 min, aunque es primario este es de cadena larga lo que retarda el desprendimiento de hidrogeno, con el isopropílico fue aproximadamente 59 min, con el n-amilico fueron 10 min, debido a que es un alcohol primario y el desprendimiento de hidrogeno es mas rápido. Con la glicerina no hubo reacción, y con el alcohol terbutílico el tiempo aproximado fue de 80 min.
· Al momento de poner los alcoholes con sodio a sequedad se liberaban gases de hidrógeno, que son altamente inflamables, con excepción de la glicerina.
· Con un papel tornasol, determinamos la acidez o basicidad de los alcóxidos, resultando que eran

Prueba de yodoformo

· Se mezcla el lugol que es un liquido negro opaco y el etanol que es un liquido incoloro y la solución que resulta es de color es verdoso ya incorporado el hidróxido de potasio.
· Esta solución después de estar a baño maría y dejarse enfriarse, forma cristales que estaban suspendidos en la superficie del agua, y para observarlos requerimos el uso de una lupa.

Esterificación

· Después de agregar 3ml. de acido acético y .5ml de acido sulfúrico a tres diferentes Alcoholes, los calentamos a baño maría para después vaciarlos en un vaso de precipitado con 100 ml de agua fría, para poder apreciar mejor el desprendimiento de olores.
· En la solución de etanol, no notamos un olor característico frutal, sino un olor a alcohol, como a esmalte de uñas.
· El alcohol n-amilico se torno un color amarillo/rosa y su olor era agradable, como a plátano.
· El 2-propanol se torno de color rosa, y su olor era agradable, como a manzana.
· Después hicimos una solución con metanol y 1 ml de acido sulfúrico agregándole 0.5 gr. ácido salicílico lo pusimos en baño maría, el olor característico de este fue como a producto medicinal, con olor a menta.

Oxidación

· En los tubo de ensayo siguientes colocamos una solución acuosa de dicromato de sodio el cual es color naranja y le añadimos 4 gotas de acido sulfúrico, y 3ml de los siguientes alcoholes;
· El color que adquirió el etanol, fue de verde-azulado, y al calentarlo percibimos un olor agradable.
· En el alcohol tert-butílico no hubo reacción, por lo tanto no hubo cambio de color ya que este es un alcohol terciario.
· El octanol-1 si hubo oxidación ya que este es un alcohol primario tornándose de un color café oscuro, cuyo olor era desagradable.
· El alcohol isopropílico se torno de color verde oscuro y su olor era agradable.
· El etilenglicol se puso de un color verde oscuro y su olor era desagradable.
· El alcohol n-amilico se torno de color café oscuro y su olor es desagradable.


















Reacciones:

Reacciones de hidrógenos activos.

1. CH3 (CH2)6CH2-OH + Na CH3 (CH2)6CH2-ONa + H2


2. CH3CH-OH + Na CH3CH-ONa + H2

CH3 CH3


3. CH3CH2 CH2 CH2 CH2 OH ­+ Na CH3CH2 CH2 CH2 CH2 ONa + H2


OH

4. CH2CHCH2 + Na N.R.

OH OH


CH3 CH3

5. CH3C-OH + Na CH3C-ONa + H2

CH3 CH3



Prueba de yodoformo

1. CH3-CH2-OH + 3KI I3-C-CH2-OH + KOH CH-I3 + OH-CH2K


Esterificación
H2SO4

1. CH3-CH2-OH + CH3COO-H CH3-COO-CH2CH3 + H2O

H2SO4
2. CH3-CH-CH3 + CH3COO-H CH3-CH-COO-CH-CH3 + H2O

OH CH3

H2SO4

3. CH3-(CH2)3-CH2-OH +CH3COO-H CH3-CH2-COO-CH2-(CH2)3-CH3 + H2O



H2SO4
CH2-CH3
+ CH3-CH2-OH4.


Oxidación
H2SO4
Na2Cr2O7
1. CH3CH2OH + [O] CH3CHO + H2O

Na2Cr2O7 CH3
H2SO42. CH3C-OH + [O] N.R.
CH3

H2SO4
Na2Cr2O7 OH
3. CH3CHCH3 + [O] CH3-CO-CH3 + H2O

Na2Cr2O7
H2SO44. CH3-(CH2)6-CH2OH + [O] CH3-(CH2)6-CHO + H2O

Na2Cr2O7
H2SO45. CH3-(CH2)3-CH2-OH + [O] CH3-(CH2)3-CHO + H2O

Na2Cr2O7
H2SO46. CH2 CH2OH + [O] CHO-CHO + H2O
OH






Conclusiones:

En esta práctica se pudo comprobar que los alcoholes primarios al agregarles sodio reaccionan rápidamente con el liberando hidrogeno como el octanol-1 y que los terciarios reaccionan mas lento o no tienen reacción como el tert-amilico o la glicerina.
También comprobamos que algunos alcoholes tienen características especiales como el etanol capaz de formar aloformos.
Al igual comprobamos que los alcoholes son capaces de formar esteres que tienen aromas florales o frutales, y que los alcoholes primarios reaccionan mas rápido como el etanol o alcohol amilico, que los secundarios como el propanol-2. Al hacer esta reacción aprendimos que de cualquier forma es necesario el acido sulfúrico como catalizador.
En la reacción de oxidación nos dimos cuenta de que los alcoholes primarios y secundarios reaccionan y que los terciarios no, lo cual nos ayuda a identificarlos.


Bibliografía:

*Perry R.H., Don W. Green, “Manual del Ingeniero Químico”
Mc Graw Hill / Interamericana, 7° edición, vol.1, España 2003.

“Propiedades Químicas de Alcoholes” disponible en línea en: http://html.rincondelvago.com/propiedades-quimicas-del-alcohol.html, Abril2008.

“Alcoholes” disponible en línea en:
http://www.monografias.com/trabajos13/nomen/nomen.shtml#al, Abril2008.

“Propiedades de Alcoholes” disponible en línea en:
http://html.rincondelvago.com/alcoholes_propiedades.html, Abril 2008.



Cuestionario:

1.- ¿Qué factores son determinantes para que un alcohol presente reacciones de eliminación o de sustitución?
Pues de que sean primarios, secundarios o terciarios,
Frente a eliminación la reactividad relativa es 3 º > 2 º > 1 º,
Frente a sustitución la reactividad relativa es 1 º > 2 º > 3 º,

2.- Escriba las reacciones químicas de la oxidación completa de:
a) Un alcohol primario.



b) Un alcohol secundario.



c) Un alcohol terciario.

N.R.



3. Los alcoholes por su estructura pueden comportarse con carácter ácido o básico. Explique este hecho, si es necesario use ejemplos.
Los alcoholes pueden comportarse como ácidos o bases, esto gracias al efecto inductivo, que no es más que el efecto que ejerce la molécula de –OH como sustituyentes sobre los carbonos adyacentes. Gracias a este efecto se establece un dipolo.

La estructura del alcohol está relacionada con su acidez.
Metanol > alcohol primario > alcohol secundario > alcohol terciario (>: mayor acidez)

Debido a que en el metanol y en los alcoholes primarios el hidrógeno está menos firmemente unido al oxígeno, la salida de los protones de la molécula es más fácil por lo que la acidez será mayor en el metanol y el alcohol primario.

Deshidratación: la deshidratación de los alcoholes se considera una reacción de eliminación, donde el alcohol pierde su grupo –OH para dar origen a un alqueno. Aquí se pone de manifiesto el carácter básico de los alcoholes. La reacción ocurre en presencia de ácido sulfúrico (H2SO4) en presencia de calor.




La deshidratación es posible ya que el alcohol acepta un protón del ácido, para formar el alcohol protonado o ión alquil hidronio.
El alcohol protonado pierde una molécula de agua y forma un ión alquil-carbonio:


El ión alquil-carbonio pierde un protón lo que regenera la molécula de ácido sulfúrico y se establece el doble enlace de la molécula a la cual está dando origen el alcohol.


4.- Escriba la reacción química completa ocurrida con el alcohol etílico en la prueba de yodoformo.

CH3-CH-OH + 3KI I3-C-CH2-OH + KOH CH-I3 + OH-CH2K

5.- Investigue sobre la naturaleza y existencia de los hidrógenos activos en los alcoholes y explíquelos.
Se refiere a los hidrógenos del grupo OH del alcohol que pueden ser protonables y sustituidos por un metal liberando hidrógenos, provocando su desprendimiento, siendo fácilmente observable el desprendimiento de hidrogeno.

6.- Durante la esterificación se forma agua como producto resultante. Usando una de las reacciones de esterificación que se lleve a cabo en la práctica indique como se logra la formación del agua.
CH3CH2 OH
OCH2CH3


Al mezclar el ácido y al alcohol no tiene lugar ninguna reacción, es necesaria la presencia de un ácido mineral (H2SO4, HCl) para que la reacción se produzca. Los equilibrios del mecanismo no son favorables y se desplazan hacia el producto final añadiendo exceso del alcohol o bien retirando el agua formada
El mecanismo comienza con la prolongación del oxígeno carbonílico lo que aumenta la polaridad positiva sobre el carbono y permite el ataque del metanol. Unos equilibrios ácido-base permiten la prolongación del -OH que se va de la molécula ayudado por la cesión del par electrónico del segundo grupo hidroxilo.

7.- Comente las observaciones de las reacciones de oxidación, tomando como base las reacciones químicas completas que ocurren.
- Las alcoholes primarios se oxidaron y se pudo observar por el vire de color de anaranjado a verde oscuro.
- Los alcoholes secundarios se oxidaron y se observo por el vire de anaranjado a azul.
- Los terciarios no presentan oxidación así que el color anaranjado del dicromato de potasio se conserva.

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