Pre Lab No.3.docx

Guatemala, 21 de septiembre de 2,017 Inga. Margarita Rios

José Fernando Moreno Carnet: 1198814

Ingeniería Química Química Orgánica II Práctica No. 3 pre laboratorio Síntesis del 1 butanal

Índice Introducción………………………………………………….…………………………..Pg.2 Marco teórico….………………………………………………………………………..Pg. 3 Objetivos……………………………………………………………………..………..Pg. 11 Metodología …..………………………………………………..………… .………….Pg. 12 Bibliografía………………………………………………………………………….….Pg.13 Anexos……………………………………………………..…………………….……Pg. 14

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Introducción El día jueves 21 de septiembre se estará llevando a cabo la práctica no.3 del laboratorio de Química Orgánica II Síntesis de un aldehído Síntesis de 1-Butanal. Dicha práctica tiene como objetivo la síntesis de un aldehído a partir de un alcohol mediante la oxidación de dicho compuesto. Los alcoholes pueden ser oxidados a aldehídos mediante el empleo de agentes oxidantes. La evaluación de presencia de aldehídos mediante distintos reactivos que pueden reaccionar de manera específica con reactivos que presentan al grupo carbonilo y conducen a un cambio físico en la mezcla como resultado de una reacción que se produce en el medio, dando llugar a la formación de algún precipitado o compuestos de color característico, como en el caso de la identificación por medio del reactivo de Tollens, el cual puede producir nitrato de plata, el cual se presente como un sólido gris platinado.

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Marco teórico Oxidación y reducción De acuerdo con Carey (2014) los conceptos de oxidación y reducción aplicados a química orgánica son los siguientes:  Oxidación: se refiere a la ganancia de oxígeno u otro átomo más electronegativo que el carbono, generando un aumento en el número o estado de oxidación. Los alcoholes primarios y secundarios se oxidan para dar aldehídos y cetonas respectivamente. Deben tomarse precauciones en la oxidación de alcoholes primarios, puesto que sobreoxidan a ácidos carboxílicos en presencia de oxidantes que contengan agua. Oxígeno. 

Reducción: La reducción orgánica es una reacción que produce una ganancia de densidad electrónica por parte del carbono. Esta ganancia suele obedecer a la formación de un enlace entre un carbono y un átomo menos electronegativo, o por la ruptura del enlace entre el carbono y un átomo más electronegativo

Reacciones redox en orgánica En base a (University of California Riverside, 2008) una reacción redox es toda reacción química en la que 1 o más electrones se transfieren entre los reactivos provocando un cambio en sus estados de oxidación; sin embargo, ya que determinar el número de oxidación de una molécula orgánica puede ser complicado, en general se puede afirmar que cuando se añade O a un C de la molécula orgánica, éste se oxida, si en cambio se añade H, éste se reduce. Dentro de las reacciones redox principales están:  Hidrogenación de hidrocarburos.  Oxidación de dobles enlaces.  Oxidaciones de funciones oxigenadas.  Reducción de funciones oxigenadas.  Combustiones.

Alcoholes Según Carey (2014) los alcoholes son compuestos neutros que contienen grupos hidroxilo (-OH); estos se clasifican de acuerdo al carbono al que se encuentre unido el grupo funcional de la siguiente manera:  Alcohol primario: -OH enlazado a carbono primario.  Alcohol secundario: -OH enlazado a carbono secundario.  Alcohol terciario: -OH enlazado a carbono terciario.  Fenol: -OH enlazado a un anillo aromático. Estos poseen altos puntos de ebullición debido a los puentes de hidrógeno que forman con el grupo –OH y las atracciones dipolo-dipolo. 3

Propiedades físicas de los alcoholes El punto de fusión y ebullición de los alcoholes, como en los hidrocarburos, crece con el aumento del tamaño de la molécula. En términos generales los alcoholes con 12 o menos átomos de carbono en la estructura son líquidos a temperatura ambiente, ya con más de 12 son sólidos. La solubilidad en agua (con raras excepciones) se reduce con el aumento del peso molecular, de esta forma, el metanol, etanol y propinol son solubles en agua en cualquier proporción, a partir de 4 o más átomos de carbono la solubilidad comienza a disminuir de modo que, a mayor peso molecular, menor solubilidad. Los puntos de ebullición de los alcoholes se derivan de sus fuerzas intermoleculares (puentes de hidrogeno y atracciones dipolo-dipolo), los puentes de hidrógenos son los responsables de los elevados puntos de ebullición de los alcoholes. Propiedades Químicas de los alcoholes: Los alcoholes pueden reaccionar de manera que retengan el oxígeno o que lo pierdan. Los alcoholes son compuestos orgánicos importantes ya que el grupo hidroxilo que poseen puede ser transformado fácilmente en casi cualquier otro grupo funcional. Un método muy común para tratar el alcohol y transformarlo en un haluro de alquilo es la adición de un ácido halogenado, por lo general se utilizan el ácido clorhídrico (HCl) y el ácido bromhídrico (HBr). En un disolución ácida el alcohol se encuentra en equilibrio con su forma protonada. Esta protonación consiste en convertir el ion hidroxilo -OH, el cual es un mal grupo saliente, en agua H2O. En un alcohol protonado todas las reacciones de sustitución y eliminación son posibles dependiendo si el alcohol es primario, secundario o terciario.

Oxidación de alcoholes En base a (Wade, 2004) la oxidación de un alcohol produce un compuesto carbonílico y depende del alcohol y del agente oxidante que el compuesto carbonílico resultante sea un aldehído, una cetona o un ácido carboxílico. Los alcoholes primarios se oxidan ya sea a un aldehído o a un ácido carboxílico, los alcoholes secundarios se oxidan a cetonas o ácidos carboxílicos. Agentes oxidantes de alcoholes De acuerdo con Wade (2004) un agente oxidante es aquel que causa que otro compuesto se oxide, es decir, el agente oxidante es el que se reduce mientras que el agente reductor es el que se oxida; un buen agente oxidante tiene la tendencia de tomar o compartir electrones para formar estructuras más estables. Algunos de los agentes oxidantes más comunes dentro de la química Orgánica son: Tabla no.1 Agentes oxidantes Agente oxidante

Descripción del reactivo

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Dimetilsulfóxido (DMSO) se añade a los alcoholes con cloruro de oxalilo a baja temperatura, seguido de una base impedida como la trimetilamina. Reactivo de Collins es un complejo de óxido de cromo VI y piridina, es la versión original de PCC. Ácido crómico este reactivo se prepara disolviendo dicromato de sodio (Na2Cr2O7) en una mezcla de ácido sulfúrico y agua. Reactivo de Jones es una solución de ácido crómico diluído en acetona, una forma suave de ácido crómico.

Hidrólisis En base a (Wade, 2014) la hidrolisis es un tipo de reacción química en la que una molécula de agua, con fórmula hoh, reacciona con una molécula de una sustancia ab, en la que a y b representan átomos o grupos de átomos. En la reacción, la molécula de agua se descompone en los fragmentos h+ y oh-, y la molécula ab se descompone en a+ y b.

Aldehídos Según (Carey, 2014) un aldehído es el compuesto carbonílico más sencillo ya que es el que contiene un grupo acilo (donde la cadena carbonada puede ser un grupo alquilo o arilo) unido a un átomo de hidrógeno. Teóricamente se puede considerar a los aldehídos como derivados de los hidrocarburos al sustituir dos átomos de H de un C terminal por un átomo de O

Imagen no1. Estructura del aldehído Fuente: EducarChile (2013)

Propiedades físicas de aldehídos De acuerdo con Wade (2004) la polarización del grupo carbonilo genera atracciones dipolodipolo entre las moléculas de los aldehídos, lo que hace que los puntos de ebullición sean más altos que los de los hidrocarburos y éteres de masas moleculares similares; sin embargo, los aldehídos no tienen enlaces O-H o N-H por lo que sus moléculas no forman enlaces de hidrógeno entre ellas y, por lo tanto, sus puntos de ebullición son más bajos que los de los alcoholes de masas moleculares similares.

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Adicionalmente, el O carboníloco de los aldehídos puede formar puentes de hidrógeno con los protones de los grupos –OH por lo que éstos son más solubles en agua que los alquenos, pero menos solubles que los alcoholes. Propiedades químicas de aldehídos Según Carey (2014) el grupo carbonilo de los aldehídos es fuertemente reactivo y participa en una amplia variedad de reacciones que hacen de la química de los aldehídos un tema extenso y complejo, sin embargo, dentro de las reacciones principales se encuentran:     

Oxidación a ácidos carboxílicos Reducción a alcoholes Reducción a hidrocarburos Polimerización Reacciones de adición nucleofílica

Obtención de aldehídos De acuerdo con Wade (2004) los aldehídos son compuestos que se encuentran en la naturaleza tanto en términos de variedad como de cantidad. Sin embargo, muchos de estos compuestos pueden sintetizarse en laboratorio mediante las siguientes reacciones:    

Oxidación de alcoholes Ozonólisis de alquenos Acilación de Friedel-Crafts de compuestos aromáticos Hidroboración-oxidación de alquinos

Reactivo de tollens para identificar aldehídos El reactivo de Tollens consiste en un ion complejo que se forma entre el nitrato de plata y el amoniaco, éste reactivo es reducido rápidamente por compuestos fácilmente oxidables, con formación de plata metálica por lo que se observa un precipitado negro o una especie de espejo de plata (Geissman, 1994). De manera que cuando se presenta un aldehído, al llevar a cabo este ensayo se observara la formación de dicho “espejo de plata”.

Prueba con 2,4-dinitrofenilhidracina La utilidad de la 2,4.dinitrofenilhidracina se apoya en el hecho de que casi todos los aldehídos y cetonas dan rápidamente 2,4-dinitrofenilhidrazonas sólidas. Cabe resaltar que la prueba no distingue efectivamente entre cetonas y aldehídos ya que sirve únicamente para determinar la presencia del grupo carbonilo, la formación de un precipitado amarillo 6

corresponde a un resultado positivo para aldehídos y cetonas, si es naranja indica la presencia de aldehídos/cetonas insaturadas y si es rojo indica la presencia de compuestos aromáticos (Pasto & Johnson, 1981).

Reactivo de schiff para identificar aldehídos En general el reactivo de Schiff es incoloro o rosa tenue y sirve para identificar aldehídos y en algunos casos cetonas ya que cuando reacciona con un aldehído se origina una solución de color rojo / rojo-violeta .Por otro lado, las cetonas tienden a dar solo una tonalidad rosada. Cuando se cree tener un aldehído, pero la prueba resulta negativa se recomienda adicionar cierta cantidad de acetona, debido a que puede ser que el grupo carbonilo no se disuelva en la mezcla y que esto conduzca l resultado negativo El reactivo de Schiff se altera con el tiempo, por ello, para minimizar su alteración es importante almacenarlo al abrigo de la luz y a baja temperatura (Martínez Ricardo, 2008).

Fichas de Seguridad Tabla no.2 Propiedades físicas y químicas de los reactivos Nombre de la sustancia Agua destilada

1-butanol

Ácido sulfurico

Fórmula química

H2O

C4H10O

H2SO4

Masa molar (g/mol)

18.016

74.1

98.1

Punto de fusión (°C)

0

-90

Punto de ebullición (°C) 100

117

Densida d g/mL (25°C)

Apariencia

1.0

Líquido incoloro, inoloro e sinsabor

0.81

Líquido incoloro, de olor característico

10

340

1.8

1.6

Ácido crómico

H2CrO4

118,01

197

No determinad o

Dicromato de potasio

K2Cr2O7

294.2

398

500

2.7

C20-h20Cl-N3

No determinad o

No determinad o

~ 100

~1

Reactivo de Schiff

Líquido incoloro volátil, de olor característico . hojuelas rojo oscuro,polvo o cristales sin olor Cristales de naranja a rojos. Líquido incoloro, de olor característico . 7

2,4 dinitrofeni l hidracina

C6H6N4O 4

198,14

198 - 202

-

0.68

Polvo cristalino y húmedo de color rojo o naranja

Tabla 3. Toxicidades, antídotos y formas de desecho Nombre de la sustancia

Dosis letal 120 mg/kg

Agua destilada

Inhalación humanos: 1300 ppm

1-butanol

Acido sulfurico

DL50 Rata: 3530mg/k

Reactivi dad

Formas de desecho

Inhalación: aire fresco contacto con piel y ojos: lavar con abundante agua áreas afectadas Ingestión: inducir vómito, beber abundante agua.

Se descompo ne al calentarse intensame nte

Absorber el líquido residual en arena o absorbente inerte y trasladarlo a un lugar seguro

Inhalación: Mover al afectado al aire fresco. Mantenerlo caliente y en reposo, no dar a ingerir nada. Mantenerlo sentado, pues puede presentarse dificultad para respirar. Ingestión: No provocar vómito. En caso de que la víctima esté inconsciente, dar respiración artificial y mantenerla en reposo y caliente. Si está consciente dar a beber un poco de agua continuamente. Contacto con la piel: Lavar inmediatamente la zona dañada con agua en abundancia. Si ha penetrado en la ropa, quitarla inmediatamente y lavar la piel con agua abundante. Contacto con los ojos: Lavar inmediatamente con agua corriente, asegurándose de abrir bien los párpados. inhalación: aire fresco. contacto con la piel: Quitar

Incompatib le con metales y aleaciones metálicas.

Diluir con agua cuidadosamente, neutralizar con carbonato de calcio o cal. La disolución resultante puede verterse al drenaje, con abundante agua.

Toxicidades

Antídoto

Inhalación: provoca dolor de cabeza, Labios o unas azulados. Piel azulada. Dificultad respiratoria. contacto piel y ojos: enrojecimiento ingestión vómitos Inhalación: El gas causa dificultad para respirar, tos e inflamación y ulceración de nariz, tráquea y laringe. Ingestión: Produce corrosión de las membranas mucosas de la boca, esófago y estómago. disfagia, náuseas, vómito, sed intensa y diarrea Contacto con la piel: En forma de vapor o disoluciones concentradas causa quemaduras serias, dermatitis y fotosensibilización. Contacto con los ojos: irritante severo de los ojos y su contacto con ellos puede causar quemaduras, reducir la visión o, incluso, la pérdida total de ésta.

Irritación y enrojecimiento por contacto.

En caso de fuerte calentamie nto pueden

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DL50 Rata: 630 mg/kg

Dicromato de potasio

Acido cromico

DL50 Rata: 840 mg/kg

Inhalación: tos, dificultad respiratoria, dolor de garganta Piel: Enrojecimiento, quemadura Ojos, lacrimógeno, enrojecimiento, dolor, quemaduras. Ingestión: Dolor abdominal, sensación de quemadura Inhalación: Tos, Insuficiencia respiratoria, leves irritaciones de las mucosas Ingestión: Náusea, Vómitos, Irritaciones de las mucosas en la boca, garganta, esófago y tracto estomago-intestinal Piel: ligera irritación Ojos, lesiones oculares.

inmediatamente todas las prendas contaminadas. Aclararse la piel con agua/ducharse. contacto con los ojos: aclarar con abundante agua, ingestión: hacer beber agua Inhalación: aire fresco, proporcionar asistencia médica. Piel: quitar ropa contaminada y aclarar con abundante agua. Ojos: aclarar con abundante agua por varios minutos. Asistencia medica Ingestión, no provocar el vómito, dar a beber agua.

Inhalación: aire fresco, proporcionar asistencia médica. Piel: quitar ropa contaminada y aclarar con abundante agua. Ojos: aclarar con abundante agua por varios minutos. Asistencia medica Ingestión, no provocar el vómito, dar a beber agua.

producirse mezclas explosivas con el aire. Explosión con nitratos, exotérmica con flúor Reacciona violentame nte con alcoholes, aminas, oxidantes, bases fuertes y agua. Ataca a muchos metales en presencia de agua o en seco

Reacciones violentas con; oxidantes, metales alcalinos y ácidos. Evitar el calentamien to fuerte.

Recoger en seco, con arena o absorbentes inertes ya que al añadir agua se forma ácido acético.

Para su desactivación pueden añadirse, gota a gota mediante un embudo de decantación y agitando intensamente, a una solución concentrada de amoníaco enfriada con hielo

Fuente. www. Merckmillipore.com

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Mecanismo de Reacción Imagen no.2 Sintesis del 1 butanal

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Objetivos GENERAL 1. Ejemplificar la obtención de aldehídos alifáticos mediante la oxidación de alcoholes

ESPECIFICOS 2. 3. 4.

Determinación de la oxidación de un alcohol primario 1-Butanol a 1Butanal Formar un derivado sencillo del aldehído Determinar pto. de ebullición del Producto Final

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Metodología inicio En un balón de 500ml colocar 25ml de 1-butanol y 2 o 3 perlas de ebullición Por aparte preparar el ácido crómico en un beaker de 250ml a) Disolver 28g de dicromato de potasio en 150ml de agua, b) Enfriar esta solución c) Mientras agita, añadirle CUIDADOSAMENTE 25ml de ácido sulfúrico concentrado . Armar el sistema de destilación fraccionada, colocando en el sistema una ampolla de decantación que contenga el ácido crómico recién preparado Recibir el destilado en un balón de 100ml que deberá estar dentro de un baño de hielo decantación). Separe la capa acuosa. Calentar en n-butanol hasta que los vapores asciendan a las primeras porciones de la columna

En este momento comience a agregar el ácido crómico dejándolo salir en gotas rápidamente; esto deberá hacerse en 15 minutos

Durante al adición se debe cuidar que la temperatura se mantenga entre 80 y 82°C a) En caso que la temperatura ascienda, debe disminuirse el calor aplicado Al terminar de agregar todo el ácido crómico cerrar la llave de la ampolla y continuar calentando durante 15 minutos

El destilado se pasa a una ampolla de decantación limpia para separar el aldehído de la capa acuosa Transferir el aldehído a un erlenmeyer de 50ml y secarlo decantarlo a un recipiente previamente secado y pesarlo

fin

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Bibliografía 1. Carey, Francis (2014). Química Orgánica. (6a Ed). México: McGraw-Hill Interamericana (paginas 457 – 480) 2. L.G.Wade, J. (2014). Química Orgánica (Séptima ed., Vol. I). México: Pearson(paginas 751768) 3. Pavia, D. L., Lampman, G. M., Kriz, G. S., & Engel, R. G. (2002) A Small Scale Approach to Organic Laboratory Techniques (2da edición). Washington, USA: Cengage Learning. 4. Pasto & Johnson (1981) Determinación de estructuras orgánicas [En red] Disponible en: https://books.google.com.gt/books?id=uHNdHS8JXFIC&pg=PA431&lpg=PA431&dq=ensay o+2+4+dinitrofenilhidrazina&source=bl&ots=D3nPjvIcDf&sig=F1iIaPL1N6UD4hTsmV0dJKm zk0Q&hl=es&sa=X&ved=0CDkQ6AEwBGoVChMIp5DH3NGOyAIVxlYeCh05Lg7d#v=onepage &q=ensayo%202%204%20dinitrofenilhidrazina&f=false 5. Martínez Ricardo (2008) Fundamentos teóricos y prácticos de la histoquímica [En red] Disponible en: https://books.google.com.gt/books?id=q5piMcoVEr4C&pg=PA250&lpg=PA250&dq=reacti vo+de+schiff&source=bl&ots=gVgCrL_OF&sig=jldjhbeUmvGU2uS2MXv9ln_xlKY&hl=es&sa=X&ved=0CFcQ6AEwDWoVChMI 4e79nsyOyAIVBRseCh3rSAkp#v=onepage&q=reactivo%20de%20schiff&f=false 6. Geismman, T.A. (1994). Principios de química orgánica. (2 ª Ed.) [En red] Disponible en: https://books.google.com.gt/books?id=msYg6IgMFU8C&pg=PA633&lpg=PA633&dq=sulfo nacion+del+tolueno&source=bl&ots=cBdQxPjXwG&sig=H36aqllTCnGkAT2hXpAxaAtmADI &hl=es&sa=X&ved=0CEkQ6AEwC2oVChMI1Pa3Km_xwIVwyUeCh3CeQPe#v=onepage&q=sulfonacion%20del%20tolueno&f=false

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Anexos Preguntas pre laboratories 1. Escriba la reacción general balanceada

2𝐻2 𝐶𝑟𝑂4(𝑎𝑐) + 3𝐶4 𝐻10 𝑂(𝑙) → 𝐶𝑟2 𝑂3(𝑎𝑐) + 3𝐶4 𝐻8 𝑂(𝑙) + 5𝐻2 𝑂(𝑙) Ecuación 1. Oxidación del 1-butanol con ácido crómico 2. Escriba el mecanismo de la reacción que se lleva a cabo en esta práctica

Imagen no.3 Mecanismo de reacción síntesis del 1- butanal

3. ¿Porqué se puede preparar butanal por medio de una oxidación sin transformarse en ácido carboxílico? Explique Los alcoholes primarios son oxidados a aldehidos y eventualmente a ácidos carboxílicos, La oxidación de aldehídos a ácidos carboxílicos requiere agua, en ausencia de agua la oxidación se detiene en el aldehído.

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Diagrama de equipo

Imagen no 4. Equipo de destilación fraccionada Fuente:http://neetescuela.com/wp-content/uploads/2011/06/Equipo-de-Destilaci%C3%B3n-por-arrastre-de-vapor.gif

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