LABORATORIO DE ANALISIS FUNCIONAL ORGÁNICOPRACTICA No. 4 IDENTIFICACIÓN DE GRUPOS FUNCIONALES OBJETIVO Seleccionar y aplicar correctamente las pruebas de clasificación, con el fin de identificar los grupos funcionales importantes, en los diferentes compuestos químicos de tipo orgánico INTRODUCCIÓN La aplicación de pruebas de clasificación se lleva a cabo después de una serie de pruebas físicas, como son la determinación del punto de ebullición, punto de fusión y el comportamiento de solubilidad, otros como el resultado de la ignición y las observaciones como el color, olor y aspecto de la sustancia problema o de trabajo. El siguiente paso de la identificación, es la búsqueda de información específica concerniente a la presencia o ausencia de grupos funcionales comunes. En este caso se deben seleccionar algunos reactivos de clasificación en particular para cada prueba a realizar, ya que cada una posee determinadas limitaciones. Por tal motivo el propósito del análisis cualitativo orgánico, es reconocer una sustancia por sus características y propiedades, tanto físicas, como químicas y probar su total similitud con una muestra idéntica y pura del compuesto. La búsqueda de elementos constitutivos y el tipo de compuestos por sus grupos funcionales y la obtención de derivados, deberá llevar a formulas su estructura correctamente y sin ambigüedades. Es recomendable evitar la realización de pruebas innecesarias, ya que no solo es un desperdicio de tiempo, sino también aumenta la posibilidad de confusión de error. Por lo que no tiene sentido empezar las pruebas de grupos funcionales de un compuesto básico que contiene nitrógeno, con pruebas para determinar el grupo alcohol y cetona. Un buen camino a seguir, cuando el trabajo preliminar no ha dado ningún indicio, es ensayar primero las pruebas más sencillas y confiables. Así varias de las pruebas para las cetonas y aldehídos son en general, más fáciles de efectuar y de más precisión, que las pruebas para otras funciones con oxígeno. Por lo tanto se recomienda que en la clasificación de un compuesto neutro que se sospecha contiene oxígeno, se empiece con las pruebas de carbonilo. A continuación se presentan las reacciones características para cada grupo funcional y se denotan las condiciones y el resultado en la siguiente tabla PRACTICA 4: IDENTIFICACIÓN DE GRUPOS FUNCIONALES 1 4 mL de solución de cloruro de tosilo. El cloruro de bencensulfonilo también reacciona con las aminas y con los alcoholes.LABORATORIO DE ANALISIS FUNCIONAL ORGÁNICO METODOLOGÍA AMINAS Prueba de Hinsberg. pag 135). se puede identificar a las aminas aromáticas primarias. secundarias y terciarias (ver Shriner R. Colocar en un tubo 0. agitar y posteriormente adicionar 4 mL de NaOH al 10% (p/v).3 mL del compuesto problema y adicionar 0. O S O H3C Cloruro de p-toluensulfonilo Cl Prueba para aminas aromáticas primarias: NH2 + Cl tosilo NaOH Precipitado blanco soluble en agua Prueba para aminas aromáticas secundarias: NH CH3 + Cl tosilo NaOH Precipitado blanco insoluble en agua Prueba para aminas aromáticas terciarias: N (CH3)2 + Cl tosilo NaOH No hay reacción Nota: cabe resaltar que con agua y ácido clorhídrico y calentamiento se recupera la amina. Las pruebas se observan abajo. PRACTICA 4: IDENTIFICACIÓN DE GRUPOS FUNCIONALES 2 . Con la utilización del cloruro de p~toluensulfonilo o cloruro de p~bencensulfonilo. la anilina podría liberar nitrógeno (N2) y formar el fenol correspondiente.0mL de NaNO2. pag 158) N N + NaOH al 20% + + OH NaNO2 0ºC N N O - Color amarillo PRACTICA 4: IDENTIFICACIÓN DE GRUPOS FUNCIONALES 3 . En un tubo de ensaye colocar 2 mL de solución helada de diazonio y añadir unas gotas de 0. ya que las aminas alifáticas también liberan nitrógeno. pag 158) Colocar en un tubo 0. terciarias y alifáticas (ver Shriner R. porque se desconoce el tipo de amina. NH2 + HCl al 25% NaNO 2 0ºC color durazno CH3 NH CH3 + HCl al 25% NaNO 2 0ºC turbidez N N O N + N N (CH3)2 + HCl al 25% NaNO 2 O N 0ºC NH2 + HCl al 25% NaNO 2 0ºC burbujas N (CH3)2 verde bandera OH + N2 Reacción de copulación con de fenoles y sales diazonio.0mL de solución HCl 25.0% y 1.LABORATORIO DE ANALISIS FUNCIONAL ORGÁNICO Prueba con ácido nitroso (formación de sales de diazonio) para identificar aminas aromáticas primarias.5mL del compuesto problema y adicionar 5. Si la reacción se llevara a cabo a temperatura ambiente. los que nos haría llegar a una conclusión errónea. secundarias.0 mL de H2O (ver Shriner R. Toda la reacción deberá llevarse a cabo entre 0 a 4ºC de temperatura.1 g β-naftol en 2 mL de solución de NaOH al 10% (p/v) y en 5. La desaparición de color en una prueba positiva Prueba de bromo en tetracloruro de carbono (identificación de insaturaciones). pero sin disolver la muestra. es de adición para el caso de instauraciones oleofinicas.1g o 2. Posteriormente se agrega gota a gota una solución de KMnO4. Disolver 0. además debe hacerse la aclaración de que la reacción con Br2. Para el caso de esta prueba se lleva a cabo de la manera anterior con permanganato. debido al equilibrio cetoenol.0 mL de agua o etanol. R C C R R C R C R R R R OH OH + KMnO4 R C C R R R Decolora Br Br + Br2 + CCl4 R C C R R R Decolora Nota: las metil cetonas y algunos aldehídos pueden dar la prueba positiva. PRACTICA 4: IDENTIFICACIÓN DE GRUPOS FUNCIONALES 4 . a diferencia de las instauraciones aromáticas.0 mL de muestra problema en 2. donde la reacción es de sustitución.LABORATORIO DE ANALISIS FUNCIONAL ORGÁNICO O N N + NaOH al 20% + - + OH NaNO 2 0ºC N N AMIDAS Prueba de hidrólisis básica para la identificación de amidas O C NH2 + NaOH al 20% NH3 OLOR O H3C C NH2 + NaOH al 20% NH3 OLOR ALQUENOS Y ALQUINOS Prueba con Permanganato de potasio (identificación de insaturaciones). se adiciona una gota de solución de cloruro férrico (ver Shriner R. Para el caso de agua de bromo no existe liberación de gas. no es un indicio de la ausencia de fenoles. PRACTICA 4: IDENTIFICACIÓN DE GRUPOS FUNCIONALES 5 . Otros fenoles no dan la prueba positiva debido a sus sustituyentes.0 mL de solución diluida del compuesto problema. pag 143) H OH + FeCl3 Ar Ar O Fe O H +3 Ar O H 3 Cl O Ar H - Coloración Nota: El cambio de color depende del fenol y sus sustituyentes. ya que en el agua el ácido bromhídrico se ioniza Prueba con solución de cloruro férrico. por lo que se debe observan con atención al momento de agregar el reactivo. por lo si la prueba es negativa. además que no es permanente. A 1.LABORATORIO DE ANALISIS FUNCIONAL ORGÁNICO FENOLES Prueba de Permanganato de Potasio o Bromo en tetracloruro de carbono para identificar fenoles y anilinas OH Br + 3 Br2 Br Precipitado blanco Br + 3 HBr OH OH O + KMnO4 O Decolora el Reactivo y puede presentar coloración amarilla Nota: las anilinas llevan a cabo la reacción análoga a la mostrada para los fenoles. Disolver cinco gotas de la muestra en 2. cetonas y metil cetonas alifáticas) Añada aproximadamente 1. O C R O C R C H OH R + 2 Cu +2 O + H 2 Cu +2 Complejo de citrato C R OH O + Cu2O Complejo de citrato C R C O R + Cu2O Nota: Esta prueba se usa generalmente para identificar azúcares reductores. pag 143). O C R H + NaHSO 3 El compuesto se solubiliza en agua PRACTICA 4: IDENTIFICACIÓN DE GRUPOS FUNCIONALES 6 .0 mL de reactivo de 2.2 g de compuesto problema y se añaden 5.4-dinitrofenilhidrazina (carbonilos). NH NH2 O 2N + R NO2 O C R O2N Cambio de Color NO2 H N N C R R + H 2O Nota: Esta prueba no es específica ya que pueden reaccionar tanto cetonas como aldehídos. por cada 0.0 mL de solución de Benedict. α-hidroxicetonas y αcetoaldehídos).4-dinitrofenilhidrazina (ver Shriner R. Se observa el cambio de color y si se produce un precipitado amarillo o verde-amarillento (cobre oxidado).0 mL de etanol. posteriormente es obligatorio diferenciar entre ambos compuestos.3 mL de muestra problema (ver Shriner R. con otra prueba de identificación. pag 181). Prueba de Benedict (aldehídos. Prueba del bisulfito de sodio (aldehídos.0 mL de reactivo de bisulfito (3 a 5 gotas). la prueba es positiva (ver Shriner R. posteriormente anadir 2.0 mL de agua se disuelven 0. En 5. α-hidroxiaaldehídos. Otros compuestos como hidrazinas y p~aminofenol también hacen positiva la prueba. pag 142).LABORATORIO DE ANALISIS FUNCIONAL ORGÁNICO ALDEHÍDOS Y CETONAS Prueba con 2. pag 154). pero también las metilcetonas que no tengan impedimento estérico. Si no se comienza a observar la formación de precipitado amarillo. con el mismo método (ver Shriner R. hasta que u pequeño exceso mantenga el color oscuro del yodo.0 mL de NaOH al 10% (p/v) y después lugol. entonces agregar 1. repita el método añadiendo nuevamente lugol y solución de NaOH. METIL CETONAS Y METIL ALCOHOLES Prueba del Lugol. Disolver cuatro gotas de muestra problema en 5. O R C CH3 + I2 NaOH O R C O + HCl3 Precipitado amarillo O C CH 3 H R + I2 NaOH O R C H + HCl3 Precipitado amarillo Nota: Es importante aclarar que la utilización de dioxano como solvente es indispensable para llevar a cabo la reacción.0 mL de dioxano y agitar. como la benzofenona. por lo que es conveniente repetirla varias veces. entonces comience a añadir NaOH al 10% con calentamiento ligero hasta que desaparezca el color.LABORATORIO DE ANALISIS FUNCIONAL ORGÁNICO O + NaHSO3 El compuesto se solubiliza en agua O + NaHSO 3 El compuesto se solubiliza en agua O C (C2H5) + (C2H5) NaHSO3 No hay reacción O C CH3 + NaHSO3 Reacción lenta o no hay Nota: Esta prueba es positiva para todos los aldehídos en general. Esta prueba es difícil de obtener. PRACTICA 4: IDENTIFICACIÓN DE GRUPOS FUNCIONALES 7 . por lo que se debe realizar en fresco y utilizar por completo. Esta prueba también la dan positiva los hidrógenos metínicos de los alquinos (ver Shriner R.+ + H2O + 3 NH3 + 2 Ag Espejo de plata NH4 o precipitado negro Nota: El reactivo de Tollens no debe guardarse. pag 180). pag 192).0% (p/v) y una gota de NaOH al 10 %. Posteriormente se adiciona gota a gota NH4OH hasta que la solución se aclare. caliente ligeramente la mezcla.0 mL de alcohol. PRACTICA 4: IDENTIFICACIÓN DE GRUPOS FUNCIONALES 8 . H R C OH H R R C OH H + ZnCl2 + HCl + ZnCl2 + HCl Aparece una capa insoluble en 10 minutos o no hay reacción Aparece una capa insoluble de 1 a 5 min R R C OH R + ZnCl2 + HCl Aparece una capa insoluble en menos de 1 min Nota: Esta prueba solo puede utilizarse para alcoholes que sean solubles en agua y no es una prueba de identificación. A 1. Prueba de sodio metálico (alcoholes alifáticos). ALCOHOLES Prueba de Lucas (alcoholes primarios. En un tubo adicionar 2. En caso contrario deberá neutralizarlo con sal o detergente. En un tubo de ensaye colocar una relación de una parte de alcohol por 10 partes del reactivo de Lucas. pag 148).0 mL de AgNO3 al 5. Adicione la muestra. adicionando gota a gota NaOH para acelerar la reacción (ver Shriner R. 2 OH + 2 Na(s) 2 O + Na + H2 Nota: El sodio metálico se humedece rápidamente. si no de diferenciación. Si no ocurre nada. agite ligeramente y espere un par de minutos. agregar un pedacito de sodio metálico y observar la liberación de gas. Agitar y dejar reposar la mezcla (ver Shriner R. por lo que es posible que la liberación de gas se deba a la contaminación por humedad. secundarios y terciarios).LABORATORIO DE ANALISIS FUNCIONAL ORGÁNICO ALDEHÍDOS Prueba de Tollens (Espejo de plata). O C R H + 2 Ag(NH3)2OH R O C O . y dependiendo del tipo de reacción que se lleve a cabo. Añadir unas gotas de la solución de nitrato de plata. El precipitado deberá de formarse inmediatamente. La muestra es disuelta en una solución de 10mL de etanol al 50% (p/v). ya que también se utiliza para identificar estructuras más complejas. Prueba de zinc y cloruro de amonio (grupos nitro).5mL del alcohol problema y añadir 5. donde existen reacciones de sustitución nucleofílica unimolecular (SN1) o sustitución nucleofílica bimolecular (SN2). Esta prueba es subjetiva y no debe tomarse como positiva al menos que se noten los cambios ya mencionados. NH3 Cl + AgNO3 +- NH3 +- NO3 + AgCl Nota: La prueba no es exclusiva para identificar clorhidratos. Mezclar 6. R OH + CH3COOH H + O R O C CH3 Olor a frutas H2O Nota: Si persiste el olor a vinagre. pag 192).5 g de zinc. por lo que si se desea saber más al respecto se puede consultar la pagina 170 a la 180 del Shriner R. pag 169).0 mL de H2SO4 concentrado y calentar la reacción a ebullición constante. HALÓGENOS Y GRUPOS NITRO Prueba de Nitrato de Plata en etanol (halógenos). junto con 2. hasta que éste desaparezca. indica que la prueba es positiva. Dejar enfriar la reacción y adicionar agua fria. si en verdad existe la presencia de una sal de amina (ver Shriner R. la aparición del precipitado puede variar. Dejar reposar la reacción por 5 minutos y filtrar. Reacción 1 NO 3 + 4H OH Zn N H + H2O + AgCl PRACTICA 4: IDENTIFICACIÓN DE GRUPOS FUNCIONALES 9 . entonces se agrega NaHCO3.5 g de NH4Cl y 0. Agitar y calentar hasta ebullición. al probable clorhidrato. Al filtrado se le adicionan gotas del reactivo de Tollens (ver Shriner R. a esta se le adicionan 0. Puede obtenerse a temperatura ambiente o bien presentarse con ligero calentamiento o no presentarse del todo. pero no es objetivo de esta guía el profundizar esta prueba. distinto al olor del compuesto inicial.5mL de ácido acético glacial.LABORATORIO DE ANALISIS FUNCIONAL ORGÁNICO Prueba de esterificación (alcoholes alifáticos). y un cambio de color. La aparición de una fase etérea y la presencia de un olor dulce o afrutado. en forma sintética para que facilites tu investigación sobre los compuestos en la sesión de exámen. por su capacidad de cambiar de color debido al cambio de pH.0 mL de NaOH al 5. se le adiciona 1. PRACTICA 4: IDENTIFICACIÓN DE GRUPOS FUNCIONALES 10 . como es el caso de algunas anilinas y fenoles) Identificación de fenoles y anilinas nitrados por activación de su sistema de resonancia. si el compuesto separado se disolvió y las reacciones en cada paso. Si se acidifica la misma reacción se invierte la reacción y desaparece el color amarillo característico de los compuestos aromáticos con un grupo nitro como sustituyente en el anillo. A una pequeña muestra. Es útil que realices un diagrama de flujo clasificando las pruebas. Esto te ahorrara tiempo en las pruebas. REPORTE DE RESULTADOS En tu bitácora anota las observaciones pertinentes. además que puede ser una guía ilustrativa que permite ver un panorama amplio de las reacciones. Anótalo según el número de compuestos que intentas identificar. pag 187). O H - O O H H + - O S e i n t e n s ifi c a e c o l o r a m a rill o O N + + - O O - N + O O - N + O - Nota: este método también es utilizado para titulaciones y porque los compuestos feniloconitrados se utilizan como indicadores.LABORATORIO DE ANALISIS FUNCIONAL ORGÁNICO Reacción 2 OH N H + 2 Ag(NH3)2 OH N O + 2 H2O + 4 NH3 + 2 Ag Nota: Esta prueba no puede llevarse a cabo si el compuesto original reduce el reactivo de Tollens.0% (p/v) y se observa la aparición de color amarillo. Puedes tomar fotografías para preparar una presentación dinámica por computadora. así como el viraje de color o presencia de precipitado. Se (ver Shriner R. Limusa. N. (1983) Química Orgánica. A. Mc. o Holum J. Furnis B. pp: 202-203. (1999) Química Orgánica. (2001) Identificación sistemática de compuestos orgánicos.. México. pp: 277-280. Limusa Noriega Editores. Book Company. Graw Hill. J.. pp: 123-124. Addison-Wesley Iberoamericana. London. o Vogel A. (1989) Textbook of Practical Organic Chemistry. L. USA. pp: 556-559. R. Hannafor A.. pp: 109-110.. S. España. F.LABORATORIO DE ANALISIS FUNCIONAL ORGÁNICO BIBLIOGRAFIA o Shriner R. PRACTICA 4: IDENTIFICACIÓN DE GRUPOS FUNCIONALES 11 . (1989) Laboratory investigations in organic chemistry. pp: 263-265. L. “Curso Breve”. México D. Graw Hill. (1986) Química Orgánica. o Morrison & Boyd (1990) Química Orgánica. México. 5ª Edición. Mc. o Eaton D. Smith y Tatchell A. Longman Scientific and Technical. Y. . Iberoamericana. o Carey F. J. o Fessenden R. R.