PROPIEDADES QUIMICAS DE ALDEHIDOS Y CETONAS
Laboratorio de Química Orgánica, Departamento de Química, Facultad de Ciencia,Universidad del Valle
Resumen: En la práctica de aldehídos y cetonas, se hicieron varias reacciones,
talescomo, formación de fenilhidazonas, reacción de cannizzaro, reacción con bisulfito desodio; todo esto con el fin de observar y conocer las diferentes reacciones que involucran el grupo carbonilo, y cuál es su importancia y el rol que cumplen en el medio en que vivimos.
Palabras claves: aldehídos y cetonas, grupo carbonilo, adición-eliminación, reacción de Cannizzarro, tautomería.
INTRODUCCIÓN
Los aldehídos se caracterizan porque una de las valencias del carbono carbonilito esta sustituido por un átomo de hidrogeno, La mayoría de los aldehídos son solubles en agua y presentan puntos de ebullición elevados, estos compuestos están presentes en muchas frutas, siendo responsables de su olor y sabor característicos, y tienen mucha importancia en la fabricación de plásticos, tintes, aditivos y otros compuestos químicos.
Las cetonas poseen en su estructuras grupos sustituyentes alquilicos o arílicos, si los dos sustituyentes son iguales se denominan cetonas simétricas si son diferentes cetonas asimétricas. Los aldehídos y cetonas son compuestos muy reactivos como consecuencia al grupo carbonilo que poseen, siendo por esta razón que estos compuestos experimentan reacciones de adicción nucleofilica, encontrándose más reactivos los aldehídos que las cetonas por estar menos impedidos.
Las reacciones características de los aldehídos son: La reducción de estos en las cuales se obtienen como productos los correspondientes alcoholes primarios; mediante la reacción de clemenson o reducción de Wolf- Kishner se llegan hasta hidrocarburos.
Los aldehídos con agua y con alcoholes forman hidratos; la condensación aldolica consiste en la combinación de dos moléculas de aldehído con un catalizador básico para obtener así un compuesto que tiene la función alcohol y aldehído “aldol”. Las reacciones de desproporción se producen entre dos moléculas de un aldehído que carece de hidrógenos alfa para producir la sal del acido correspondiente y el alcohol respectivo.
Las cetonas experimentan casi las mismas reacciones que los aldehídos pero con una menor reactividad debido al impedimento esterico que posee. Las cetonas que tienen un átomo de hidrogeno adyacente al grupo carbonilo (hidrogeno alfa), puede experimentar la llamada tautomeria cetoenolica, que consiste en la migración del átomo de hidrogeno entre dos posiciones para formar la estructuran enolica. Las cetonas pueden reducirse a alcoholes secundarios con isopropoxido de aluminio en la llamada reducción de Meerwein. Pondorf. Al igual que los aldehídos las cetonas se pueden reducir por la prueba de clemenson y Wolf Kishner a un hidrocarburo, y también reaccionan con agua y alcohol para dar hidratos. La reacción de haloformo es característica de cetonas no impedidas es decir las metil cetonas. La adición de amoniaco y sus derivados se da para
aldehídos y cetonas y en esta se adiciona el amoniaco o su derivado produciendo un doble enlace entre el carbono y el nitrógeno.
OBJETIVOS
• Comprobar experimentalmente en el laboratorio las propiedades químicas de los aldehídos y cetonas.
• Entender la importancia de los aldehídos y cetonas en síntesis orgánicas.
• Comprender y entender algunas de las reacciones que presentan los aldehídos y cetonas como consecuencia de la reactividad del grupo carbonilo.
PARTE EXPERIMENTAL
Las reacciones efectuadas en la práctica fueron las siguientes:Mecanismos Generales
Reacción de bisulfito de sodio
+ C = O + H+ C = OH + NaSO -3
OH + C = OH + NaSO -3 -C –SO3Na
OH ONa -C –SO3Na -C –SO3H
Formación de fenil hidrazonas
+ C = O + H+ C = OH
+ C = OH + H2N-G C = N-G + H2O
Reacción de Cannizzaro Ar H C = O + OH- Ar-C –O- H
OH Ar H C = O + Ar-C –O- H
OH H OH
Ar-C –O- + Ar-C =O-
H + H+ - H+ H O
Ar-C –OH + Ar-C =O
H
DISCUSION DE
RESULTADOS
En la práctica de laboratorio de química orgánica se realizaron una serie de
reacciones para comprobar
químicas de los aldehídos y cetonas. En la primera parte se hizo reaccionar bisulfito de sodio con pentanal, observándose que el tubo de ensayo se calentó y tuvo que ser colocado en un baño de hielo. Después de un rato se observo la aparición de un precipitado como consecuencia del nuevo compuesto creado, el cual de seguro se encontraba en un equilibrio tautomero en donde el hidrogeno y sodio cambiaban de lugar. Según las expectativas que se tenían, se pudo comprobar experimentalmente que un aldehído con bisulfito de sodio produce una adición nucleofilica al grupo carbonilo siendo esta una reacción extormica y rápida.
En la segunda parte de la práctica se hizo reaccionar pentanal con 2,4-dinitrofenilhidracina y etilmetilcetona con el mismo reactivo anterior. En estas reacciones se observo la aparición de un precipitado como consecuencia de la adición de este derivado del amoniaco al grupo carbonilo del aldehído y la cetona. Cabe decir que el producto de esta reacción va ser una deshidratación de la sustancia obtenida de la adición del derivado del amoniaco, esto debido a que el producto de la deshidratación (hidrazona) se convierte en un sistema conjugado el cual va ser más estable. En la tercera parte de la práctica se realizo la reacción de cannizzaro, en la cual se hizo reaccionar benzaldehido con una solución alcohólica de hidróxido de potasio, observándose que este procedimiento es exotérmico debido al desprendimiento de calor, lo que provoco que el tubo de ensayo se calentara. Los productos de esta reacción son el alcohol bencilico el cual posee un cierto carácter apolar que provoca que el segundo producto obtenido “el benzoato de potasio” precipite de la solución final debido a su carácter polar. El porcentaje de
rendimiento en este caso para la sal fue de 0.072.
Como ya se sabe los aldehídos y cetonas en general presentan reacciones de adición nucleofilica, en la cual se agrega un nucleofilo al grupo carbonilo. En las cuatro reacciones efectuadas en esta práctica esto se comprobó experimentalmente ya que todas estas reacciones presentaron este tipo de adición.
PREGUNTAS
1) ¿La reacción de bisulfito de sodio es
general para todos los aldehídos y cetonas? Explique su respuesta.
R/ Las reacciones de adición de
bisulfito de sodio son típicas para todos los aldehídos y las cetonas no impedidas estericamente, es decir las metil cetonas. Esta adición es típica para este tipo de compuestos, debido a que durante la reacción se adiciona el NaHSO3.
O OH C2H5-C-H + NaHSO3 C2H5-C-H
SO3Na Como en esta reacción hay adición nucleofilica de un compuesto la sustancia que va ser víctima de la adición debe estar lo minimamente impedida para poderse efectuar la reacción con éxito. En el caso de los aldehídos debido a que poseen un hidrogeno unido la grupo carbonilo (donde se efectúa la adición), no va ver un gran impedimento esterico debido a que el hidrogeno es muy pequeño, permitiendo la adición de un nucleofilo. Pero en el caso de las cetonas las cuales se encuentran impedidas estericamente debido a que en vez de un hidrogeno poseen un grupo alquilo el cual es mas grande que el hidrogeno y va a producir
un mayor impedimento esterico evitando la adición del nucleofilo, siendo por esta razón que las únicas cetonas que presentan esta adición son las metil cetonas por encontrase estericamente menos impedidas que las demás.
Mecanismo
Debido a que la carga positiva se deslocaliza entre el oxigeno y el carbono del grupo carbonilo el NaSO
-3 ataca este carbono produciendo con esto la adición.
2) ¿Cuales otra sustancias dan positiva
la prueba de yodoformo? ¿Es esta prueba general para todas las cetonas? ¿Por qué?
R/ La prueba de yodoformo utilizada
para saber la presencia de alcoholes secundarios que tienen esta estructura “RCHOHCH3” y metilcetonas por ende esta prueba da positiva para estas sustancias aunque también da positiva para el alcohol etílico.
El mecanismo de la prueba de yodoformo para alcoholes secundarios es:
I2 + NaOH NaOI
La reacción comprende oxidación, halogenacion y degradación.
R- CH –CH3 + NaOI R-CCH3 OH O + NaI + H2O
En esta parte de la reacción se produce la metilcetona, la cual como posee hidrógenos alfa (ácidos) y no esta tan impedida estericamente se sustituye por yodos.
R- CO –CH3 + 3NaOI RCOCI3 + 3NaOH
En el paso final se forma la sal del acido y un compuesto amarillo que precipita indicando que la prueba da positiva. RCOCI3 + NaOH RCOONa + CHI3
Esta prueba da positiva en los alcoholes secundarios que poseen un CH3 unido al carbono que contiene el grupo OH debido a que estos al oxidarse dan metil cetonas las cuales por no tener mucho impedimento esterico se yoduran tres veces y en medio básico precipitan el HCI3 el cual indica la positividad de esta prueba. El alcohol etílico es el único alcohol primario que da positiva esta prueba debido a que se oxida al etanal y posteriormente al acido acético el cual tiene un CH3 unido a este grupo y por ende la sustitución de yodos por hidrógenos ácidos es factible y produce el compuesto característico de esta prueba.
3) En un cuadro escriba las principales
reacciones de aldehídos y cetonas.
1. Adición Nucleofilica
a. Reactivo de grinard
C = O + R-MgBr -C-O H3O+ - C-OH
R MgBr R b. Derivados de amoniaco C = O + H2N-G C = N-G + H2O
G= H, OH, NH2, NHPh, NHCONH2 c. Acido cianhídrico C = O + HCN -C - OH
CN cianohidrina d. Bisulfito de sodio C = O + NaHSO3 -C - OH
SO3Na e. Alcoholes C = O + ROH -C - OH + ROH
OR - C – OR OR 2. Reducción y oxidación a. Reducción C = O [H] -C - OH
H b. Oxidación aldehído R O C = O [O] R-C H OH cetonas R
C = O [O] no reacciona a no ser R
en condiciones fuertes
3. Reacciones del carbono alfa al grupo carbonilo. a. Condensación aldolica C = O + -C –C = O
H -C –C –C = O
OH b. Halogenación X2 -C –C = O -C –C = O
NaOH H X + NaX + H2O X= halógeno
Tabla 1. Reacciones de aldehídos y
cetonas.
4) Cualés son los agentes reductores
oxidantes utilizados con mayor frecuencia en las reacciones de aldheidos y cetonas?.R/ Ciertos derivados de los ácidos
carboxílicos pueden ser reducidos a aldehídos empleando algunos reactivos específicos, como en los siguientes casos:
Un procedimiento análogo es el conocido como Reducción de Rosenmund, que consiste en la reducción de un cloruro de ácido.
Los aldehídos se pueden reducir a alcoholes primarios y las cetonas a alcoholes secundarios mediante hidrogenación catalítica o bien empleando agentes reductores como NaBH4 y LiAlH4
Los hidruros indicados pueden reducir el grupo carbonilo sin afectar a posibles
dobles enlaces aislados que puedan estar presentes.
El hidruro de aluminio y litio es más selectivo y puede reducir al grupo carbonilo con un doble enlace conjugado dando el correspondiente alcohol insaturado.
Los aldehídos y cetonas también se pueden reducir a hidrocarburos mediante las siguientes reacciones:
reducción de Clemmensen.
esta reacción es selectiva y solo afecta al grupo carbonilo de los aldehídos y cetonas, pero a los ácidos carboxílicos. En el caso de que la sustancia a reducir sea sensible al medio ácido, se emplea otra reacción que se lleva a cabo en medio básico.
5) cuales son los métodos mas
empleados en la industria para obtener etanal y propanal?.
R/ En los métodos industriales el
aldehído más importante desde el punto de vista industrial es el metanal (formaldehido) y la cetona más importante es la propanona (acetona). El metanal se obtiene a partir del metanol mediante una oxidación catalizada por plata.
En lo que respecta a la acetona los principales métodos de obtención son los siguientes:
Oxidación del propeno con aire y catalizador de PdCl2-CuCl2 (método Wacker-Hoechst).
Por oxidación del 2-propanol
En el proceso de obtención del fenol a partir del cumeno, se obtiene la acetona como producto secundario.
En cuanto a las Aplicaciones industriales.Unos de los aldehídos que mayor aplicación industrial tiene es el metanal ó aldehído fórmico que se utiliza fundamentalmente para la obtención de resinas fenólicas y en la elaboración de explosivos (pentaeritrol y el tetranitrato de pentaeritrol, TNPE) así como en la elaboración de resinas alquídicas y poliuretano expandido.
También se utiliza en la elaboración de uno de los llamados plásticos técnicos que se utilizan fundamentalmente en la sustitución de piezas metálicas en automóviles, maquinaria, fontaneria así como para cubiertas resistentes a los choques en la manufactura de aparatos eléctricos. Estos plásticos reciben el nombre de POM (polioximetileno)
Otras polimerización dan lugar a la obtención de plásticos, resinas y barnices que se utilizan para la protección de objetos así como en la elaboración de pinturas. La formica que
se utiliza como panel de revestimiento es un polímero del metanal.
El acetaldehído (etanal) se utiliza como materia prima para la obtención de ácido acético y anhídrido acético y para la elaboración de disolventes. El benzaldehido. se utiliza como intermedio en elaboraciones
industriales de colorantes,
medicamentos y perfumes.
La cetona que mayor aplicación industrial tiene es la acetona (propanona) la cual se utiliza como disolvente para lacas y resinas, aunque su mayor consumo es en la producción del plexiglás, empleándose también en la elaboración de resinas epoxi y poliuretanos.
Otras cetonas industriales son la metil etil cetona (MEK, siglas el inglés) y la ciclohexanona que además de utilizarse como disolvente se utiliza en gran medida para la obtención de la caprolactama que es un monómero en la fabricación del Nylon 6 y también por oxidación da el ácido adípico que se emplea para fabricar el Nylon 66.
Muchos aldehídos y cetonas forman parte de los aromas naturales de flores y frutas, por lo cual se emplean en la perfumería para la elaboración de aromas como es el caso del benzaldehído (olor de almendras amargas), el aldehído anísico (esencia de anís), la vainillina, el piperonal (esencia de sasafrás), el aldehído cinámico (esencia de canela). De origen animal tenemos la muscona y la civetona que son utilizados como fijadores porque evitan la evaporación de los aromas además de potenciarlos, por lo cual se utilizan en la industria de la perfumería.
CONCLUSIONES
De la práctica de laboratorio se puede concluir que:
• Los aldehídos y cetonas son producidos por la oxidación de
alcoholes primarios y
secundarios, respectivamente. Ambos presentan reacciones de adición nucleofilica.
• El grupo carbonilo es muy reactivo por lo cual acepta nucleofilos más fácilmente. En donde se destacan los aldehídos por ser más reactivos que las cetonas por encontrarse con un menor impedimento esterico. • Un aldehído puede oxidarse al
correspondiente acido
carboxílico; en cambio, las cetonas son resistentes a una oxidación posterior.
• La prueba de yodoformo solo da positiva para metilcetonas, alcohol etílico y alcoholes que tienen un grupo metilo unido al carbono que tiene el grupo hidroxilo.
• Las reacciones de aldehídos y cetonas en general son exotérmicas y bastante rápidas.
BIBLIOGRAFIA
• Insuasty B. Ramirez A. Guia de laboratorio de Química Orgánica. Universidad del Valle 2005. paginas 51,52 y 53.
• Insuasty B. Conferencias de Química Orgánica I, capitulo XIII. Universidad del valle 2005.
• Enciclopedia Temático Circulo, Circulo de lectores, Capitulo de Química “aldehídos y cetonas” páginas 522, 523,524.525 y 526. Santa fe de Bogota de 1999.
• Ege Seyhan. Química
Orgánica. Estructura y Reactividad. Tomo I. Editorial
Reverté, S.A. (1997).
• McMurry, J. Química Orgánica. Grupo Editorial Iberoamerica (1993).
• Prumo Yúfera, J. Química
Orgánica Básica y Aplicada.
Tomo I. Editorial Reverté, S.A.
