PROPIEDADES QUÍMICAS DE LOS ALDEHÍDOS Y LAS CETONAS Laura Carolina Padilla Jiménez
e-mail:lpadilla10@cuc.edu.co
RESUMEN: El presente informe contiene información sobre ensayos de solubilidad en agua de los aldehidos y cetonas realizados para su estudio y obtención de resultados, así como el desarrollo de ensayos en los cuales según la reacción dada se identificará si la sustancia pertenece al grupo funcional de los aldehidos o al grupo funcional de las cetonas, dichos ensayos realizados fueron prueba de brady, prueba de tollens y prueba con el reactivo de fehling A y B. Los reactivos a estudiar fueron el benzaldehído y la acetona, de los cuales solo la acetona resulto ser soluble en agua. En el transcurso de la experiencia dependiendo del tipo de ensayo que se realizaba se observó que al mezclarse los reactivos a estudiar con los reactivos de prueba la disolución obtenida adquiría cierta coloración que cambiaba al exponerse a calor con el baño maría por determinado tiempo. Estos cambios físicos eran indicativos de los cambios químicos que estaban teniendo las sustancias a estudiar.
PALABRAS CLAVE: Aldehidos, Cetonas, solubilidad en agua, Prueba de brady, Prueba de tollens, Reactivo de fehling A y B.
ABSTRACT: This report contains information on tests of water solubility of the aldehydes and ketones performed for study and getting results, and the development of trials in which according to the reaction given will be identified if the substance belongs to the functional group of aldehydes or the functional group of ketones, such tests performed Were Brady test, test and test Tollens reagent and B. Fehling reagents a were studying the benzaldehyde and acetone, of which only proved acetone soluble in water. In the course of the experience depending on the type of test that was carried out it was observed that when mixed reagents to study with the test reagents obtained Dissolution acquired a coloration that changed when exposed to heat with the bath for a specified period. These physical changes were indicative of changes taking Chemical substances to study.
KEY WORDS: Aldehydes, ketones, water solubility, brady Test, Test tollens, Fehling's solution A and B.
1 INTRODUCCIÓN
Los aldehidos y cetonas son un grupo de compuestos orgánicos provenientes de los animales y vegetales, muy utilizados en la actualidad por la industria química como disolventes, fungicidas, perfumes por sus olores agradables, desodorantes, antiséptico, obtención de explosivos, preparación de pólvora y conservación de animales muertos, también
se pueden obtener a partir de estos nylon , como se puede observar tiene múltiples aplicaciones en la industria química actual, dando como resultado de su procesamiento una lista larga de objetos derivados de los aldehidos y cetonas, debido a su importancia a nivel industrial hay razones para interesarse en el estudio de estos grupos químicos, por tanto en esta experiencia de laboratorio nuestro objetivo será comprobar la solubilidad e identificar por pruebas de reactivos Tollens, de Fehling y Brady los aldehidos y cetonas.
2 MARCO TEORICO
2.1 Definición de aldehidos y cetonas
El grupo funcional conocido como grupo carbonilo es un átomo de carbono unido a un átomo de oxigeno por un doble enlace, se encuentra en compuestos llamados aldehídos y cetonas.
En los aldehídos el grupo carbonilo se une a un átomo de hidrógeno y a un radical Alquilo, con excepción del formaldehído o metanal. En la ilustración 1 se mostrará la estructura química general de un aldehído:
Ilustración 1. Estructura general de un aldehído.
En las cetonas, el carbonilo está unido a dos radicales que pueden ser iguales, diferentes, alquílicos. La fórmula abreviada de una cetona es RCOR, a continuación, el a ilustración 2 se mostrará la estructura química general de una cetona:
Ilustración 2. Estructura química general de una cetona.
Como ambas estructuras contienen el grupo carbonilo, la química de los aldehídos y cetonas
El grupo carbonilo se encuentra unido a dos radicales hidrocarbonados: si éstos son iguales, las cetonas se llaman simétricas, mientras que si son distintos se llaman asimétricas.
Según el tipo de radical hidrocarbonado unido al grupo funcional, Los aldehídos pueden ser: alifáticos, R-CHO, y aromáticos, Ar-CHO; mientras que las cetonas se clasifican en: alifáticas, R-CO-R', aromáticas, Ar-CO-Ar, y mixtas; R-CO-Ar, según que los dos radicales unidos al grupo carbonilo sean alifáticos, aromáticos o uno de cada clase, respectivamente.
2.2 Nomenclatura de aldehidos y cetonas
Para denominar los aldehídos y cetonas se puede usar el sistema IUPAC. En ambos casos primero se debe encontrar la cadena hidrocarbonada más larga que contenga al grupo carbonilo. La terminación -o de los hidrocarburos se reemplaza por -al para indicar un aldehído.
Las cetonas se denominan cambiando la
terminación -o de la cadena carbonada lineal más larga que contienen al grupo carbonilo por la terminación -ona del carbonilo en la cadena carbonada.
A continuación, se presentará en la tabla 1 los aldehidos y cetonas más comunes con sus nombres comunes y en la nomenclatura iupac:
Tabla 1. Aldehidos y cetonas más comunes.
Fórmula condensada
Nombre según IUPAC
Nombre común Aldehído
HCHO Metanal Formaldehíd
o CH3CHO Etanal Acetaldehído CH3CH2CHO Propanal Propionaldeh
ído CH3CH2CH2C
HO Butanal Butiraldehído C6H5CHO Benzaldehído Benzaldehído
Cetonas
CH3COCH3 Propanona Cetona (dimetilceton
a H5COC6H5
Difenilmetanona/cet
ona Benzofenona C6H10O Clicohexanona Ciclohexanon
a
2.3 Reacciones
2.3.1 Reacciones de oxidación de alcoholes
Los alcoholes primarios pueden oxidarse a aldehídos y los alcoholes secundarios, a cetonas.
Estas oxidaciones se presentan en la forma siguiente que está en las ilustraciones 3 y 4:
Ilustración 3. Obtención de un aldehído por oxidación de alcohol primario.
Ilustración 4. Obtención de cetona por oxidación de alcohol secundario.
Los alcoholes terciarios no se oxidan, pues no hay hidrógeno que pueda eliminarse del carbono que soporta el grupo hidroxilo
Las oxidaciones de los alcoholes primarios metanol y etanol, por calentamiento a 50º C con dicromato de potasio acidificado (K2Cr2O7) producen formaldehído y acetaldehído, respectivamente como se observa en la ilustración 5 y 6:
Ilustración 5. obtención de metanal por oxidación de metanol.
Ilustración 6. Obtención de etanal por oxidación de etanol.
La preparación de un aldehído por este método suele ser problemática, pues los aldehídos se oxidan con facilidad a ácidos carboxílicos como se puede observar en la ilustración 7:
Ilustración 7. Oxidación de un aldehído.
La oxidación adicional no es un problema para los aldehídos con punto de ebullición bajo, como el acetaldehído, ya que el producto se puede destilar de la mezcla de reacción a medida que se forma.
2.3.2 Reacciones de adición al grupo carbonilo.
Las reacciones más características para aldehídos y cetonas son las reacciones de adición. Al doble enlace carbono - oxígeno del grupo carbonilo se añade una gran variedad de compuestos.
2.3.2.1 Adición de agua
Los aldehídos y las cetonas manifiestan poca tendencia a adicionar agua y forma compuestos estables:
Ilustración 8. Hidratación del etanal.
Ilustración 9. Hidratación del tricloroetanal.
2.3.2.1 Adición de alcoholes
Los aldehídos reaccionan con los alcoholes en presencia de ácido clorhídrico (catalizador), formando un compuesto de adición inestable, llamado hemiacetal, que, por adición de otra molécula de alcohol, forma un acetal, estable:
Ilustración 10. Formación de un hemiacetal.
Las cetonas dan reacciones de adición similares para formar hemicetales y cetales.
2.3.2.2 Adición del reactivo de grignard Al reaccionar con un compuesto de Grignard, el metanal da lugar a la formación de alcoholes primarios; los otros aldehídos producen alcoholes secundarios; y las cetonas, alcoholes terciarios. En todas estas adiciones, el grupo Mg.-halógeno (reactivo electrofílico) se adicionan al oxígeno negativo y el radical alquilo, al carbono del grupo carbonílico, en la ilustración 11 se podrá observar lo que anteriormente se describía sobre la reacción con el reactivo de grignard:
Ilustración 11. Reacción al adicionar el reactivo de grignard a una cetona.
2.3.2.3 Reacciones de reducción
El grupo carbonilo de los aldehídos y cetonas puede reducirse, dando alcoholes primarios o secundarios, respectivamente. La reducción puede realizarse por acción del hidrógeno molecular en contacto con un metal finamente dividido como Ni o Pt, que actúan como catalizadores. También pueden hidrogenarse (reducirse) con hidrogeno obtenido por la acción de un ácido sobre un metal.
Ilustración 12. Reducción del etanal.
En las mismas condiciones, las cetonas se transforman en alcoholes secundarios como se observa en la ilustración 13:
Ilustración 13. transformación de una cetona a un alcohol segundario.
La hidrogenación de aldehídos y cetonas, que origina alcoholes, es la reacción inversa de la deshidrogenación de éstos para obtener los compuestos carbonílicos citados, a continuación, se podrá observar lo anterior en la ilustración 14 y 15:
Ilustración 14. Ilustración de la hidrogenación y deshidrogenación de un aldehído.
Ilustración 15.Ilustración de la hidrogenación y deshidrogenación de una cetona.
2.3.3 Métodos de obtención.
2.3.3.1 Hidratación de alquinos.
En presencia de sulfato mercúrico y ácido sulfúrico diluido, como catalizadores, se adiciona una molécula de agua al triple enlace de un alquino, con lo que se forma primero un enol que, al ser inestable, se isomeriza por reagrupamiento en un compuesto carbonílico. Únicamente cuando se utiliza acetileno como producto de partida se obtiene acetaldehído, según la reacción de la ilustración 16:
Ilustración 16.Hidratación de acetileno.
Este es el procedimiento industrial más utilizado en la actualidad para la fabricación de acetaldehído, que es la materia prima de un gran número de importantes industrias orgánicas. Cuando se utilizan acetilenos alquil sustituidos el producto final es una cetona.
2.3.3.2 Reacción de Friedel y Crafts.
Se emplea para la obtención de aldehídos y cetonas aromáticas. Consiste en hacer reaccionar un cloruro de ácido o un anhídrido con un compuesto aromático apropiado.
Para obtener una cetona se procederá como aparece en la ilustración 17:
Ilustración 17.Reacción de friedel y crafts.
2.3.3.3 Ozonización de alquenos.
La ozonización de alquenos da lugar a aldehídos o cetonas, según que el carbono olefínico tenga uno o dos sustituyentes hidrocarbonados. Esta reacción no suele utilizarse con fines preparativos, sino más bien en la determinación de estructuras para localizar la posición de los dobles enlaces.
2.3.4 DETECCIÓN DE ALDEHÍDOS.
Los aldehídos y las cetonas reaccionan con una gran variedad de compuestos, pero en general los primeros son más reactivos que las cetonas. Los químicos han aprovechado la facilidad con que un aldehído puede oxidarse para desarrollar varias pruebas visuales para su identificación. Las pruebas de detección de aldehídos más usadas son las de Tollens, Benedict y Fehling.
2.3.4.1 La prueba de Tollens.
El reactivo de Tollens, el agente de oxidación suave usado en esta prueba, es una solución alcalina de nitrato de plata, es transparente e incolora. Para evitar la precipitación de iones de plata como oxido de plata a un pH alto, se agregan unas gotas de una solución de amoniaco, que forma con los iones plata un complejo soluble en agua:
Al oxidar un aldehído con el reactivo de Tollens, se produce el correspondiente ácido carboxílico y los iones plata se reducen simultáneamente a plata metálica. Por ejemplo, el acetaldehído produce ácido acético, la plata suele depositarse formando un espejo en la superficie interna del recipiente de reacción. La aparición de un espejo de plata es una prueba positiva de un aldehído. Si se trata el acetaldehído con el reactivo de Tollens, la reacción es la siguiente:
El aldehído se oxida a ácido carboxílico; es un agente reductor. Los iones de plata se reducen a plata metálica; son agentes oxidantes. El plateado de espejos se suele hacer con el reactivo de Tollens. En el procedimiento comercial se utiliza glucosa o formaldehído como agente reductor.
2.3.4.2 Prueba de Benedict y Fehling.
Los reactivos de Benedict y Fehling son soluciones alcalinas de sulfato de cobre de un color azul intenso, de composición ligeramente distintas.
Cuando se oxida un aldehído con el reactivo de Benedict y Fehling, se obtiene u precipitado rojo brillante de óxido cuproso (Cu2O). La reacción con acetaldehído es:
El acetaldehído se oxida a ácido acético; los iones cúpricos (Cu+2) se reducen a iones cuprosos (Cu+).
2.3.4.2 Alfa-hidroxicetonas.
Usualmente, las cetonas no se oxidan por acción de oxidantes débiles como las soluciones de Benedict o de Fehling. Sin embargo, las cetonas que contienen un grupo carbonilo unido a un carbono que soporta un grupo hidroxilo dan pruebas positivas con los reactivos de Tollens, Benedict y Fehling. Estos compuestos se llaman alfa-hidroxialdehídos y alfa- hidroxicetonas, y sus estructuras generales a continuación en la ilustración 18 y 19:
Ilustración 18. alfa-hidroxialdehídos.
Ilustración 19. alfa-hidroxicetona.
Esta disposición de grupos suele encontrarse en los azúcares. [1]
2.3.4.2 Formación de 2,4-dinitrofenilhidrazonas Ambos se identifican por la formación de 2,4- dinitrofenilhidrazonas por reacción con 2,4- fenilhidrazina, obteniéndose un precipitado. Si el producto cristalino es amarillo, esto es indicación de un compuesto carbonílico saturado, si se obtiene un precipitado naranja indica la presencia de un sistema α, β - insaturado y un precipitado rojo es indicativo de una cetona o un aldehído aromático. A continuación, en la ilustración 20 se observará la reacción química de lo descrito anteriormente [2]:
Ilustración 20.Formación de 2,4- dinitrofenilhidrazonas.
2.3.5 Aplicaciones industriales.
En la industria química, las cetonas y aldehídos se usan como disolventes, materias primas y reactivos para la síntesis de otros productos. Aunque el formaldehído es bien conocido como la disolución de formol usada para conservar especímenes biológicos, la mayor parte de los 4 mil millones de kilogramos de formaldehído producido cada año se usa para preparar Bakelita®, resinas de fenol- formaldehído, pegamentos de urea-formaldehído y otros productos poliméricos. El acetaldehído se utiliza principalmente como una materia prima en la fabricación de ácido acético, polímeros y fármacos.
La acetona es la cetona comercial más importante,
disuelven una gran variedad de compuestos orgánicos, tienen puntos de ebullición convenientes para una destilación simple y presentan toxicidades bajas. Muchas otras cetonas y aldehídos se usan como saborizantes y aditivos de alimentos, fármacos y otros productos. Por ejemplo, el benzaldehído es el componente principal del extracto de almendras y la (-)-carvona produce el sabor a menta en la goma de mascar. La Piretrina, aislada a partir de flores de pelitre, se extrae de manera comercial para usarla como un insecticida “natural”. “Natural” o sintética, la piretrina causa reacciones alérgicas severas, náuseas, vómito y otros efectos tóxicos en los animales. [3]
3 MATERIALES Y EQUIPOS
A continuación, se mostrará una lista de los materiales y reactivos utilizados para desarrollar esta experiencia de laboratorio:
Tubos de ensayo
Gradilla, varilla de agitación Beaker de 100 ml
Goteros Pipetas
Muestras de aldehídos (Benzaldehido) y cetonas (Acetona)
Reactivo de Felhing A y B, 2,4 dinitrofenilhidrazina o reactivo de Brady y reactivo de Tollens (AgNO3 al 5%, NaOH al 10%, hidróxido de amonio concentrado).
4 PROCEDIMIENTO
Al hacer 4 tipos de ensayos diferentes los reactivos problemas los cuales eran benzaldehído y acetona, esta sección del informe se dividirá en 4, siendo estas los números de ensayos desarrollados:
4.1 Prueba de solubilidad en agua.
Para evaluar la solubilidad en agua de un aldehído se coloca en un tubo de ensayo 1ml de agua destilada como se observa en la foto 1, a esta se le adiciona 5 gotas de benzaldehído el cual viene siendo nuestro aldehído a estudiar cómo se observa en la foto 2, se toma otro 1 tubo de ensayo al cual se le agrega 1 ml de agua destilada como se observa en la foto 1, después de esto se le agrega 5 gotas de acetona como se observa en la foto 3, ambos tubos de ensayos preparados se procede agitarlos para observar la solubilidad de cada sustancia. Se toman
Foto 1.Adición del agua destilada al tubo de ensayo.
Foto 2. Adición de 5 gotas del aldehído a evaluar.
Foto 3. Adición de las 5 gotas de la acetona a evaluar.
4.2 Prueba de Brady.
Tanto los aldehidos como las cetonas reaccionan con el reactivo de brady llamado químicamente 2,4 dinitrofenilhidrazina, al darse lo anterior se forman 2,4 dinitrofenilhidrazonas, dependiendo del número de doble enlaces la reacción final podría tomar una coloración amarilla fuerte a rojo.
La preparación se hace de la siguiente forma:
Se coloca 8 gotas del 2,4 nitrofenilhidrazina en un tubo de ensayo como se observa en la foto 4, luego se coloca dos gotas del reactivo a evaluar. El mismo procedimiento aplica para los aldehidos y cetonas, luego se agita la mescla con una varilla de vidrio como se observa en la foto 5, cabe mencionar que si se forma un precipitado rojo o amarillo la prueba es positiva por tanto indica que si hubo reacción.
Foto 4.Adición de 8 gotas de 2,4 dinitrofenilhidrazina.
Foto 5. se agita con una varilla de vidrio para mezclar el reactivo de brady con el reactivo problema.
4.2 Prueba de Tollens.
Esta prueba es positiva para los aldehidos, pero no para las cetonas, oxidando los aldehidos a su acido carboxílico correspondiente, para ello se utiliza el nitrato de plata amoniacal. Para que la prueba sea positiva se debe observar un espejo negro de plata o un precipitado negro de plata.
Si el reactivo de Tollens no está preparado, proceda de la siguiente manera:
• En un tubo de ensayo coloque 1 mL de solución acuosa de AgNO3 al 5%, seguido de una gota de solución acuosa de NaOH al 10%
• Añada hidróxido de amonio concentrado, gota a gota (las necesarias) agitando, hasta que el precipitado de óxido de plata se disuelva. Continúe con los dos pasos siguientes.
Como el reactivo de tollens ya estaba preparado como se observa en la foto 6 procedemos a tomar 1 ml de reactivo de tollens el cual se coloca en un tubo de ensayo, a este se le agrega dos gotas de la muestra a analizar cómo se observa en la foto 7, este procedimiento se hace con el aldehído a estudiar y la cetona a estudiar. Se agita muy bien la mezcla y luego se coloca en baño de maría durante 10 minutos como se observa en la foto 8, al final se observan los resultados obtenidos.
Foto 6. Reactivo de tollens.
Foto 7. Adición del reactivo problema.
Foto 8. baño maría de la disolución preparada con el reactivo de tollens.
diferentes tubos de ensayos, se le agrega a cada uno 3 gotas de reactivo de fehling A y 3 gotas de reactivo de fehling B como se observa en la foto 9. se procede a agitar muy bien y se calienta en baño maría durante 5 minutos como se observa en la foto 8, cabe mencionar que el aldehído se oxida con el reactivo de fehling dándose un cambio de coloración de azul a rojo ladrillo, pero con las cetonas no reacciona.
Foto 9. Se agrega 3 gotas de cada reactivo de fehling al reactivo problema.
5 RESULTADOS
A continuación, se mostrarán las fotos de los resultados obtenidos por cada ensayo realizado.
Solubilidad en agua:
Se observa que en el caso de la cetona estudiada la cual es la acetona, fue soluble en agua como se observa en la foto 10 por tanto, podemos decir que se formó una solución homogénea.
Foto 10. Solubilidad del agua en acetona.
En el caso del aldehído utilizado para estudiar en esta prueba el cual era el benzaldehído se pudo observar que no era soluble en agua como se puede observar en la foto 11 debido a una película transparente en forma cóncava que se observaba en la parte superior de la disolución formada vale mencionar que al no disolverse bien el agua con el benzaldehído se formó una solución heterogénea ya que se puede observar cada reactivo mesclado.
Foto 11. Solubilidad en agua del benzaldehído.
Prueba con el reactivo de brady:
Se observó que en el caso de la cetona mescla entre el reactivo de brady y la acetona formo una solución homogénea de color amarillo claro, por tanto, se ve un poco traslucida la disolución formada y en el caso del aldehído la mescla del benzaldehído con el 2,4 dinitrofenilhidrazina formo una solución homogénea de color amarillo fuerte la cual no es traslucida comparada con la reacción que hubo con la cetona como se puede observar en la foto 13:
Foto 12.Prueba de reactivo de brady en acetona (izquierda) y Benzaldehído (derecha).
Prueba con el reactivo de tollens.
Al dejar en baño maría el reactivo de tollens se observa que toma una coloración plata y parece que las partículas pequeñas de plata están flotando en medio de todo el fluido, pero al sacarlo del baño maría se observa la formación de un precipitado color plata en el fondo de la disolución lo cual nos indica que la prueba fue positiva para el benzaldehído que hace parte del grupo de los aldehídos. Lo anterior descrito se puede observar en la foto 13.
Foto 13. Prueba de tollens en benzaldehído.
Prueba con el reactivo de Fehling A y B.
Se observó la formación de un precipitado blando en el aldehído, la disolución también tenía una coloración azul claro comparado con el resultado de la cetona, en el caso de la cetona, se observó un color
foto 14 se podrá ver lo anteriormente descrito:
Foto 14. Resultado de reactivo de fehling para acetona (izquierda) y benzaldehído (Derecha.
6 ANALISIS
6.1- Construya una tabla de observaciones (Tabla 1, Tabla 2 etc.) para cada una de las pruebas, donde incluya el nombre de la sustancia, el reactivo con el que reacciona y la evidencia o cambio observado, si lo hay.
Tabla 2. Resultados de solubilidad en agua.
Nombre de la sustancia
Reactivo con que reacciona
Solubilidad Observaciones
Acetona (CETONA)
Agua Soluble Formación de
una disolución homogénea Benzaldehído
(ALDEHÍDO)
Agua Insoluble Formación de
una disolución heterogénea
con una
película cóncava formada en su capa superior, siendo esta el aldehído que no se disolvió con el agua.
Tabla 3. Resultados del reactivo de brady
Nombre de la sustancia
Reactivo con que reacciona
Reacción Observaciones
Acetona (CETONA)
2,4
difenilhidrazon a
positiva Formación de una disolución homogénea, de color
amarillenta clara transparente.
Benzaldehído (ALDEHÍDO)
2,4
difenilhidrazon a
Positiva Formación de una disolución homogénea de color amarillo fuerte que no es
transparente.
Nombre de la sustancia
Reactivo con que reacciona
Reacción Observaciones
Benzaldehído (ALDEHÍDO)
Reactivo de tollens (AgNO3 al 5% y NaOH al 10%)
Positiva Formación de una disolución con partículas
de plata
flotando, dejar en baño maría
no se
observaba precipitado, pero al sacar de este estado, se
empezó a
formar un
precipitado color plata en el fondo del tubo de ensayo.
Tabla 5. Resultados prueba de reactivo de fehling A y B.
Nombre de la sustancia
Reactivo con que reacciona
Reacción Observaciones
Acetona (CETONA)
Reactivo de fehling A y Reactivo de fehling B
Negativo Formación de una disolución heterogénea la cual tiene un precipitado color azul fuerte en el fondo del tubo de ensayo, la disolución tiene un color azul claro transparente.
Benzaldehído (ALDEHÍDO)
Reactivo de fehling A y Reactivo de fehling B
Positiva Formación de una disolución heterogénea en la cual se observa la formación de un precipitado color blanco en
la parte
superior de la mezcla que hay en el tubo de ensayo, el fluido es de color azul claro transparente.
6.2- ¿Por qué los aldehídos y las cetonas se
“estudian” de manera conjunta? ¿Qué los hace afines y/o diferentes? Argumente su respuesta.
Se estudian de manera conjunta porque los dos hacen parte del grupo funcional conocido como carbonilo, que se caracteriza por un átomo de carbono unido a un átomo de oxigeno por un doble enlace, esto lo posee tanto el aldehído como la cetona, sin embargo, el aldehído tiene unido además un hidrógeno, cosa que no posee la cetona [1].
