Alcoholes.docx

PROPIEDADES QUÍMICAS DE LOS ALCOHOLES Villarruel, Juliana (1523576) a, Rosero, Lina (1522720) b, Palacios, Andrés (1529758) c a

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Facultad de Ingeniería, Ingeniería Química, Universidad del Valle, Cali, Colombia, A,A.25360 Laboratorio realizado el 22 de Septiembre de 2015 Informe entregado el 6 de Octubre de 2015

1. DATOS, CÁLCULOS Y RESULTADOS En la siguiente tabla1 se muestran los datos, cálculos y resultados de esta práctica de laboratorio.

Tabla 1. Datos, cálculos y resultados

1. Oxidación de etanol con KMnO4 A continuación , en la figura 1, se puede observar la reacción de permanganato de potasio con Etanol, que da como resultado una solución color café rojiza.

En la figura 3 se puede observar la decoloración del agua de bromo con alcohol alílico, al final, al agregarle el alcohol alílico se torna transparente confirmando que hubo reacción

Figura 1.Permanganato de potasio y Etanol.

2. Formación de acetato de isopentilo: Se forma una mezcla anaranjada clara, tal como se exibe en la figura 2 antes de aplicar calor; después de calentarse, se una sustancia aceitosa se forma en el fondo, luego de trasvasarla al agua fría se forma una sustancia aceitosa sobre la superficie, con un olor muy característico a banana.

Figura 3.Agua de Bromo y Alcohol alilico.

3. Reacción del alcohol alílico con permanganato de potasio: En la figura 4 se puede observar la reacción entre permanganato de potasio y alcohol alílico

Figura 4.Permanganato de potasio y alcohol alílico. Figura 2. Acetato de isopentilo.

Reacción de alcohol alílico con agua de bromo:

5. Reacción de etilenglicol con sodio: En la figura 5 se puede ver la reacción entre etilenglicol y sodio metálico.

En la figura 7 se observa la reacción de NaOH y CuSO4, añadiendole etanol, con lo cual no sucede nada

Figura 5.Etilenglicol y Sodio metálico.

Al agregar el sodio se forman una burbujas, al adicionar el indicador, la mezcla se torna rosado-fuxia, se puede sentir desprendimiento de calor y vapor, tal como se muestra en la figura 6 la reacción anterior , aunque ahora se le ha añadido una gotas de fenolftaleína.

Figura 6.Etilenglicol y Sodio metálico más fenolftaleína.

6. Formación de glicolato y glicerato de cobre:

Figura 7.NaOH y CuSO4 más Etanol.

En la figura 8 se puede ver la reacción de NaOH y CuSO4, añadiendole glicerina, la mezcla se torna un poco más clara y se nota un poco aceitosa en el fondo.

Figura 8.NaOH y CuSO4 más glicerina.

En la figura 9 se puede observar la reacción NaOH y CuSO4, añadiéndole etilenglicol, la mezcla se oscurece, se aprecia un precipitado correspondiente a un exceso de sulfato de cobre

etanol y alcohol alílico con permanganato de potasio, el cual forma precipitado café oscuro, y la decoloración del agua de bromo al reaccionar con alcohol alílico en estos tres casos los resultados son muy similares a los que arrojan las pruebas de comprobación de alquinos y alquenos utilizando estos métodos. A continuación se mostrará, el análisis donde los alcoholes presentan dos tipos de reacciones, la primera con rompimiento de enlace oxígeno, hidrógeno (O-H), y la segunda reacciones con rompimiento de enlace carbono, oxigeno (C-O), tanto en alcoholes monohidróxilicos, como polihidróxilicos. 1. OXIDACION DE ALCOHOL CON PERMANGANATO DE POTASIO.

Figura 9. NaOH y CuSO4 más etilenglicol.

ANALISIS DE LOS RESULTADOS Los alcoholes son compuestos de fórmula general ROH, donde R es cualquier grupo alquilo, incluso sustituido. El grupo puede ser primario, secundario o terciario; puede ser de cadena abierta o cíclico; puede contener un doble enlace, un átomo de halógeno un anillo aromático o grupos hidroxilo adicionales; todos los alcoholes contienen el grupo funcional hidroxilo (OH) que los caracteriza y determina las propiedades de esta familia. En la química orgánica y en la industria juega un papel importante como reactivo, disolvente e intermediario sintético. Los alcoholes más comunes son el etanol que se encuentra en bebidas alcohólicas, cosméticos, tinturas y preparados farmacéuticos; el metanol usado como disolvente y en ocasiones como combustible; y el alcohol isopropílico utilizado como antiséptico y desinfectante de la piel [1]. De igual forma en la práctica uno de los cambios notorios fue la oxidación del

La oxidación de un alcohol implica la perdida de uno o más hidrógenos del carbono que tiene el grupo –OH. Para los alcoholes primarios la pérdida de un hidrogeno produciría un aldehído y la perdida de dos daría un ácido carboxílico. En este caso el procedimiento planteaba la oxidación de etanol para producir etanal pero según la literatura la conversión de un alcohol primario en aldehído es complicada requiriendo el clorocromato de piridinio C5H5NH+CrO3Cl-como reactivo ya que es uno de los mejores y más convenientes para este propósito. [2] En la práctica se utilizó permanganato de potasio en solución acuosa para la oxidación del etanol, reacción que produce ácido acético y dióxido de carbono como se muestra en la ecuación 1.

Ecuación 1 La sustancia que se precipita corresponde a dióxido de manganeso el

cual presenta un color pardo. La literatura menciona que para liberar ácidos carboxílicos es necesario adicionar un ácido mineral más fuerte pero se consideró en que este ácido hace parte de la solución acuosa en que esta disuelto el permanganato de potasio. El olor que emanaba del calentamiento de la solución no era muy distinguible por lo que no podemos asegurar de que el producto orgánico formado se tratase de acetaldehído cuyo olor es ligeramente afrutado o de ácido acético el cual presenta un olor agrio; entonces para resolver esta duda nos apoyamos en los puntos de ebullición que muestra la literatura sobre estos y calentamos en la plancha la solución por encima de 100°C la cual no mostraba indicios de evaporación esto podría correlacionarse con el punto de ebullición del ácido acético el cual es de 118°C en vez del etanal el cual es de 20°C llegando así a la conclusión de que el producto orgánico formado es ácido acético.

incoloro y tiene un aroma a banana, este compone la fase transparente obtenida en la reacción pero además de este se formó un precipitado del cual no se pudo conocer su procedencia. En general un ácido carboxílico se convierte directamente a un éster al calentarlo con un alcohol en presencia de un ácido mineral, como el ácido sulfúrico o cloruro de hidrógeno seco. Esta reacción es reversible y alcanza el equilibrio cuando aún quedan cantidades apreciables de reactivos. La reversibilidad es un inconveniente en la preparación directa de un éster a partir de un ácido por lo que el cloruro de ácido es preferido ya que el proceso tanto de preparación del cloruro como del éster es irreversible y llega a la terminación. La reacción que tuvo lugar se muestra en la ecuación 2, no se incluye en la ecuación el precipitado ya que se atribuye a que la solución de uno de los reactivos estaba contaminada. [4]

Cabe destacar que los alcoholes no son oxidados por el permanganato frio, diluido y neutro (los alcoholes primarios y secundarios, evidentemente son oxidados por este en condiciones más vigorosas.) por lo que la prueba de permanganato debe ser interpretada con cautela sobre todo debido a la presencia de impurezas que son oxidadas en condiciones similares. [3] Finalmente si se quiere obtener mejores rendimientos refiriéndose a la producción de ácidos carboxílicos entonces es aconsejable utilizar un disolvente no polar y utilizar el mecanismo de catálisis de transferencia de fase. 2. FORMACIÓN ISOPENTILO.

DE ACETATO

DE

La reacción del ácido acético con el alcohol isopentílico produce un éster llamado acetato de isopentilo el cual es

Ecuación 2

3. REACCIÓN DEL ALCOHOL ALÍLICO CON BROMO. El alcohol alílico es un compuesto que presenta un doble enlace en su estructura, al adicionarlo a la solución de agua de bromo está sufre una decoloración debido a la reacción del bromo con la parte insaturada del

alcohol. El mecanismo opera mediante adición syn y produce el 2,3-dibromo-1propanol como se muestra en la ecuación 3. Este método experimental es insuficiente para definir el carácter alcohólico de la sustancia, solo prueba la existencia de enlaces múltiples por lo que para el caso en que se quiera distinguir un alcohol de compuestos insaturados como los alquenos y alquinos, se utilizaría una solución de bromo en tetracloruro de carbono ya que los alcoholes tienen la propiedad de no decolorar estas soluciones [5].

solución es neutra, la reacción genera OH - , como se ve en la ecuación 4.

Figura 10.Intermediario.

Ecuación 4

Ecuación 3 4. REACCIÓN DEL ALCOHOL ALÍLICO CON PERMANGANATO DE POTASIO. En esta reacción ocurre una hidroxilación de alquenos, y es del tipo syn [6]. La hidroxilación con permanganato da adición syn, para justificar esta estereoquímica se ha propuesto la formación de un intermediario del tipo mostrado en la figura 10 en donde dos oxígenos del permanganato forman enlaces con los carbonos que conforman el enlace doble del alcohol alílico [7]. La hidroxilación se lleva a acabo agitando juntos y a temperatura ambiente, los alquenos y la solución acuosa de permanganato: esta última

Es muy importante que esto se de en condiciones suaves, evitando el calor y la adición de ácido ya que esto promueve la oxidación adicional del glicerol. La reacción queda resumida en la ecuación 5.

Ecuación 5

5. REACCIÓN DE ETILENGLICOL CON SODIO.

La acidez de los alcoholes se demuestra por la reacción con metales activos para liberar hidrogeno gaseoso y formar alcóxidos. En esta reacción el hidrogeno de los grupos -OH fue sustituido por el sodio al disolverse en la solución de etilenglicol, esta reacción como se muestra en la ecuación 6, formó una especie de sal llamada 1,2disodioetanodiolato, liberando calor e hidrogeno gaseoso en el momento. [8]

Ecuación 6 .6. REACCIÓN DE SULFATO DE COBRE CON HIDROXIDO DE SODIO. Al preparar los tres tubos de ensayo adicionando gotas de sulfato de cobre sobre las soluciones al 10% de hidróxido de sodio se obtiene sulfato de sodio y un precipitado de hidróxido de cobre azul claro, reacción que se muestra en la ecuación 7.

como reactivo en la siguiente prueba de caracterización alcoholes. 7. FORMACIÓN DE GLICOLATO Y GLICERATO DE COBRE. En esta parte del experimento, el cobre disuelto en la solución iónica preparada anteriormente es utilizado en las pruebas de caracterización de polioles (compuestos orgánicos con varios grupos –OH) debido a que no reacciona con monoles. (Compuestos orgánicos con un solo grupo –OH). [9] La razón de su reacción con los polioles, creemos es debido a la presencia de orbitales vacíos en su último nivel de energía además de sus estados de oxidación (+1,+2), lo que le confiere propiedades de ácido de Lewis siendo el Cu2+ atraído nucleofílicamente por los grupos -OH de los alcoholes. Se cree que el cobre puede formar enlaces iónicos entre los glicolatos y gliceratos actuando como “puente de unión entre ellos” ya que sus orbitales vacíos le permiten albergar parcialmente los pares de electrones sin enlazar que tienen las especies hidroxiladas con las que reacciona, en donde el hidrogeno es desplazado de estas. [10]

Ecuación 7

Estas pruebas se mencionan en los dos siguientes puntos:

Esta es una reacción de doble desplazamiento que ocurre cuando 2 moléculas iónicas (moléculas formadas por un catión y un anión) intercambian sus aniones. En las reacciones de doble desplazamiento todos los elementos conservan el estado de oxidación con el cual está formado el compuesto. En este caso los iones desplazados son el cobre y el sodio los cuales intercambian las especies aniónicas con las que están enlazados.

1. En esta prueba al añadir etanol a la disolución no se observó reacción alguna debido a que el etanol es una sustancia monohidróxilica, respondiendo así efectivamente a la caracterización que lo identifica como un monol. Se piensa que el cobre no reacciona con el etanol debido a que no se genera con el oxígeno la fuerza electrostática suficiente para que haya un desplazamiento del hidrogeno a pesar del comportamiento acido del grupo –OH.

El hidróxido de cobre es preparado mediante esta reacción para luego actuar

C2H5OH + Cu (OH)2 No hay reacción

Ecuación 8. 2. El glicol también llamado etilenglicol es un alcohol que pertenece al grupo de los dioles, mientras que el glicerol también conocido como glicerina pertenece al grupo de los gliceroles, ambos son compuestos orgánicos que tienen grupos hidroxilo en cada uno de sus átomos de carbono. Estos compuestos pueden reaccionar con hidróxidos de metales como el Cu(OH)2 formando glicolatos y gliceratos metálicos los cuales son compuestos químicos del tipo sales. En estos compuesto los grupos –OH se encuentran en la misma cara de la molécula por lo que la posición adyacente de un par de hidroxilos les permite ejercer una fuerza nucleofílica doble sobre una especie electrofílica como el cobre protonado. La reacción de estos grupos con el cobre ocasiona el rompimiento del enlace O-H y la sustitución del hidrogeno por parte del cobre en forma de sal, además se cree que puede propiciar la formación de estructuras cíclicas o “puentes” entre el cobre y el oxígeno como lo presenta esta fuente y lo muestra la ecuación 9 y 10. [11]

Se llega a pensar que el cobre puede albergar en sus orbitales libres pares de electrones no enlazados de los oxígenos por lo que podría darse enlaces entre los glicolatos y gliceratos formados en las respectivas soluciones. Al no encontrar fuentes bibliograficas respecto al mecanismo de formación de los glicolatos de cobre, se consultó a un profesor de química de la facultad de ciencias el cual propuso las siguientes estructuras que identifica como glicolatos y gliceratos de cobre respectivamente en las ecuaciones 9 y 10.

Ecuación 10.

Al consultar en otras páginas: [12], [13], [14] y utilizar el software ChemBioDraw para dibujar la estructura del glicolato y glicerato de cobre, ambas concuerdan en que esta es la auténtica forma de la molécula como lo muestran las ecuaciones 11 y 12 respectivamente. Ecuación 9

forman especies parecidas a los puentes que proponen las estructuras de las ecuaciones 9 y 10 respectivamente. En donde se propone que el cobre puede hibridar sus enlaces para formar estructuras de este tipo como se muestra en la figura 11.

Ecuación 11

Figura 11.Enlaces de cobre hibridados en gliceratos.

3. SOLUCIÓN AL CUESTIONARIO

1. Escriba las ecuaciones de cada uno de los experimentos realizados en la práctica. Ecuación 12 Se sugiere que a partir de estas últimas dos estructuras tal vez se puedan

Las ecuaciones de cada uno de los experimentos se presentan en el análisis de resultados.

2. Realice un cuadro indicando las principales reacciones de los alcoholes. Las reacciones de los alcoholes pueden agruparse en dos clases principalmente: Las que implican la ruptura del enlace oxígeno-hidrógeno (RO-H), que son análogas a las reacciones que sufre el agua, y las que implican la ruptura de enlace carbono-oxígeno(R-OH). [15]

Tabla 2. Reacciones principales de los alcoholes.

3. ¿Cómo se diferencia experimentalmente los alcoholes primarios, secundarios y terciarios? Por medio de la prueba de Lucas podemos diferenciar experimentalmente este tipo de alcoholes, se basa en la diferencia de reactividad de los tres tipos de halogenuros de hidrógeno, los alcoholes (de no más de

seis carbonos), son solubles en el reactivo de Lucas que es una mezcla de ácido clorhídrico (HCl) concentrado y cloruro de zinc (ZnCl2).Los cloruros de alquilo correspondiente son insolubles; la formación de un cloruro, a partir de un alcohol, se manifiesta por la turbiedad que aparece cuando se separa el cloruro de la solución;

en consecuencia, el tiempo que transcurra hasta la aparición de la turbiedad es una medida de la reactividad del alcohol. Un alcohol terciario reacciona de inmediato con el reactivo de Lucas, mientras que uno secundario reacciona en cinco minutos, a temperatura ambiente un alcohol primario no reacciona de forma apreciable. El alcohol alílico reacciona tan velozmente como los alcoholes terciarios con el reactivo de Lucas, sin embargo el cloruro de alilo es soluble en el reactivo [16]. 4. Al oxidar los alcoholes con óxido de cobre (II), qué se debe observar? Escriba la ecuación de esta reacción. Al realizar la reacción entre el alcohol y el óxido de cobre (II), se debe observar un precipitado color rojo-pardo, que pertenece al cobre separado del oxígeno. Se observa también la formación de un aldehído. [17] La ecuación de esta reacción es:

levadura, hidratación del etileno y otro mediante la reducción de acetaldehídos los cuales se explican brevemente a continuación: Fermentación del azúcar o del almidón: este se da en presencia de levadura, la cual contiene catalizadores biológicos denominados enzimas o fermentos que estimulan complejas reacciones en donde los carbohidratos se transforman en etanol. Una vez concluido el proceso de fermentación, el alcohol se separa y purifica por destilación. Este alcohol obtenido (también llamado alcohol 95) consiste de una mezcla azeotrópica de 95.8% de alcohol y el resto de agua. En el caso de requerir etanol puro se elimina el agua al alcohol 95 por vía química, por ejemplo por calentamiento de óxido de calcio y subsiguiente destilación del alcohol seco para separarlo del hidróxido de calcio producido.

C6H12O6  2C2H5OH + 2CO2 Ecuación 13. Al hacer reaccionar óxido de cobre II con un alcohol secundario se produce una cetona, como se puede ver en la figura 12:

Ecuación 14.Conversión de glucosa en alcohol Hidratación de etileno: En la actualidad este es el método más importante mundialmente para producir etanol, este proceso consiste en pasar una mezcla de etileno y vapor de agua a unos 300°C y a altas presiones sobre un catalizador sólido, reacción que se resumen en la ecuación.

CH2=CH2 + H2O Figura 12.Reacción de Alcohol isopentilíco con Óxido de cobre (II).

Un alcohol terciario con CuO no reacciona. 5. ¿Cómo se prepara industrialmente el etanol? Existen tres procesos los cuales se dan mediante la fermentación del azúcar con

300°C/catal CH - CH2OH 3 Altas presiones

Ecuación 15. Hidratación de acetaldehídos: Es el método menos utilizado por no ser económico pues implica además la preparación de acetaldehídos mediante la hidratación del acetileno. [18]

4. CONCLUSIONES 1. Debido a que hay varias reacciones que responden similarmente a las pruebas de caracterización de alquenos, alquinos y alcoholes utilizando el permanganato de potasio y el agua de bromo, se insiste en que un único ensayo de caracterización muy difícilmente probaría la sustancia especifica de la que está hecho un compuesto desconocido con el que se esté trabajando.

5. BIBLIOGRAFÍA [1]N, MORRISON. N, BOYD., orgánica” Editorial Addison Wesley Quinta Ed, pág. 622 [2]MORRISON R., BOYD N., orgánica, quinta edición, editorial México 1998, PAG 662. [3] Ibíd., pág. 669 [4] N, MORRISON. N, BOYD., orgánica” Editorial Addison Wesley Quinta Ed, pág. 826-27

“Química longman, Química Pearson,

“Química longman,

2.Se puede concluir que los alcoholes presentan diferentes reacciones dependiendo de la cantidad de grupos OH, además las variaciones en la estructura del grupo R, pueden afectar a la velocidad de ciertas reacciones de alcohol, e incluso afectar en algunos casos, al tipo de reacción.

[5] N, MORRISON. N, BOYD., “Química orgánica” Editorial Addison Wesley longman, Quinta Ed, pág. 669

3. Los alcoholes se comportan como ácidos y como bases. El comportamiento ácido es debido a que el hidrogeno está ligado al muy electronegativo oxígeno y el comportamiento básico es debido a los pares de electrones no compartidos del oxígeno, en ambos casos con una fuerza similar a la del agua. De forma básica aceptan protones de ácidos para generar alcoholes protonados, algo que no pueden hacer en la forma no protonada. Aceptan protones de carbocationes con lo que actúan como reactivos básicos para provocar una eliminación. Su basicidad también los hace nucleofílicos y capaces de causar sustitución en reacciones Sn2 netas, prestando ayuda nucleofílica a la formación de carbocationes o combinándose con carbocationes, una vez que estos se han formado.

[8] http://www.chemspider.com/ChemicalStructure.9564267.html Visitada: 04 de octubre de 2015 [9]

4. A excepción del metanol, la acidez de los alcoholes es más débil que la del agua, pero más fuerte que el acetileno. Cuanto más voluminoso es el grupo alquilo, menos ácido será el alcohol.

[6] N, MORRISON. N, BOYD., “Química orgánica” Editorial Addison Wesley longman, Quinta Ed, pág. 633 [7] Ibíd., pág. 705

http://www.geocities.ws/todolostrabajoss allo/orgaI_5.pdf Visitada: 04 de octubre de 2015 [10] http://www.kristallikov.net/page44e.html Visitada: 04 de octubre de 2015 [11] http://www.kristallikov.net/page44e.html Visitada: 04 de octubre de 2015 [12] http://www.guidechem.com/reference/dic440211.html Visitada: 04 de octubre de 2015 [13] http://www.chemicalbook.com/ProductChemi calPropertiesCB5447466_EN.htm Visitada: 04 de octubre de 2015 [14] http://www.chemicalbook.com/ChemicalProd uctProperty_DE_CB5447466.htm Visitada: 04 de octubre de 2015

[15] N, MORRISON. N, BOYD., “Química orgánica” Editorial Addison Wesley longman, Quinta Ed, pág. 653-656 [16] N, MORRISON. N, BOYD., “Química orgánica” Editorial Addison Wesley longman, Quinta Ed, pág. 622-625 [17] BELTRÁN A. y GILLESPIE R,” Química”, Vol. 2, Editorial Reverte S.A Barcelona (1998),pág 858.

[18] YATES Y PAREDES, Introducción a la química orgánica, 3ra edición, Universidad del Valle, Cali, Colombia, 1982, cap 9.1