LABORATORIO DE ANALISIS FUNCIONAL ORGÁNICO

PRACTICA No. 2 SOLUBILIDAD DE COMPUESTOS OBJETIVO Podrán obtener información de una sustancia desconocida, por el estudio de su comportamiento de solubilidad en varios reactivos como son H2O, NaOH, NaHSO3, HCl y H2SO4 concentrado, de acuerdo a su comportamiento y presencia de un grupo funcional. INTRODUCCIÓN Primero se determina la solubilidad de los compuestos en agua. Los compuestos solubles en agua se dividen en tres clases principales: 1. Compuestos ácidos, que dan soluciones que viran al rojo el papel de tornasol. 2. Compuestos básicos, que viran a azul el papel tornasol 3. Compuestos neutros, y ácidos y bases débiles, que no hacen virar el papel tornasol. Al considerar la solubilidad en agua, se dice arbitrariamente que una sustancia es soluble si se disuelve cuando menos en relación de 3 g por 100 mL de disolvente. Cuando se esta considerando la solubilidad en ácido o base, la observación significativa que debe hacerse es si es notablemente más soluble en ácido o base acuosa que en agua. Este incremento en la solubilidad es la prueba positiva deseada para un grupo funcional básico o ácido. Los compuestos orgánicos ácidos se conocen por su solubilidad en hidróxido de sodio al 5.0% (p/v). Los ácidos fuertes se disuelven en bicarbonato de sodio al 5.0% (p/v) y los débiles en hidróxido de sodio. Los compuestos orgánicos que se comportan como bases en solución acuosa, se identifican por su solubilidad en ácido clorhídrico al 5.0% (v/v). En general no se hace ningún intento para diferenciar entre bases fuertes y débiles. Muchos compuestos que son neutros aún en soluciones acuosas fuertemente ácidas, se comportan como bases en disolventes más ácidos, tales como el ácido sulfúrico concentrado. Efecto del comportamiento de solubilidad Solubilidad en Agua. Como el agua es un compuesto polar es un mal disolvente de los hidrocarburos. Los enlaces oleofínicos y acetilénicos o estructuras bencenoides, modifican muy poco la polaridad, por lo que los hidrocarburos insaturados y aromáticos no difieren mucho de las parafinas en su solubilidad en agua. La introducción de átomos de halógenos no altera notablemente la polaridad, pero aumenta el peso molecular y por esta razón disminuye la solubilidad en agua. Los compuestos monofuncionales, los del tipo de los éteres y los ésteres, y las cetonas, los aldehídos, los alcoholes, nitrilos, amidas, ácidos y aminas, pueden considerarse en conjunto por lo que respecta a su solubilidad en agua. En la mayoría de las series homologas de éste tipo, el PRACTICA 2: SOLUBILIDAD DE COMPUESTOS

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límite superior de la solubilidad en agua se encontrará cerca del miembro que contenga cinco átomos de carbono. Solubilidad en ácido clorhídrico. Las aminas alifáticas primarias, secundarias y terciarias forman sales (compuestos polares), con el ácido clorhídrico diluido. De aquí que las aminas alifáticas sean fácilmente solubles en ácido clorhídrico diluido. Las arilalquilaminas que contienen tan solo un grupo arilo, son solubles. Las amidas di-sustituidas son solubles en ácido clorhídrico. Solubilidad en soluciones diluidas de hidróxido de sodio y bicarbonato de sodio. Los ácidos carboxílicos, ácidos sulfónicos, ácido sulfínicos, fenoles, algunos enoles, imidas, compuestos nitroprimarios, secundarios y terciarios derivados del arilsulfonilo de las aminas primarias, arilsulfonamidas sin sustituir, oximas, tiofenoles y muchos otros tipos de compuestos menos familiares, son solubles en soluciones diluidas de hidróxido de sodio. Solo los tres primeros grupos funcionales son solubles en soluciones diluidas de bicarbonato de sodio. Solubilidad en ácido sulfúrico concentrado y frío. Éste disolvente se usa para compuestos neutros insolubles en agua, que no contienen más elementos que de carbono, hidrógeno y oxígeno. Si el compuesto es insaturado, se sulfona fácilmente y si posee un grupo funcional con oxígeno, se disolverá en ácido sulfúrico concentrado y frío. Frecuentemente la disolución en ácido sulfúrico, va acompañada de una reacción tal como la sulfonación, polimerización, deshidratación o adición del ácido sulfúrico a enlaces oleofinicos o acetilénicos. Clasificación en grupos por solubilidad en diferentes medios. La forma en que un compuesto orgánico se comporta frente a distintos medios depende totalmente de su estructura química. Por ejemplo un compuesto polar de cadena corta es soluble en agua y también en éter. Un compuesto con carácter ácido es soluble en medio alcalino. De ahí que en el análisis cualitativo orgánico se lleven a cabo pruebas de solubilidad que darán una información fundamental con relación al tipo de compuesto que esta bajo estudio y por ende de los grupos funcionales presentes en la molécula. La forma de llevar a cabo las pruebas de solubilidad consiste en mezclar un disolvente con una cantidad equivalente al 3.0% en peso de la sustancia problema; si el compuesto se disuelve, entonces se le considera como “soluble”, pero si lo hace parcialmente o no se disuelve entonces se le considera como “insoluble” en ese medio. Excepto para el caso del ácido sulfúrico concentrado que puede reaccionar con el compuesto o incluso destruirlo, que entonces se considerará como “soluble”, aún cuando solo se manifieste una elevación de la temperatura. Solo se considerará como insoluble en ácido sulfúrico concentrado a aquel compuesto que claramente permanezca si cambio alguno y forme dos fases no miscibles con este ácido. Los reactivos empleados en forma rutinaria para estas pruebas son los siguientes: agua, éter etílico, hidróxido de sodio al 5.0% (p/v), ácido clorhídrico al 5.0% (v/v) y ácido sulfúrico concentrado. Colateralmente puede emplearse ácido clorhídrico 2.0N o al 10% (v/v), ácido fosfórico al 85% (v/v) y óleum al 15%.

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MATERIALES 3 Vasos de precipitados de 100 mL 3 Pipetas graduadas de 5 mL 15 Tubos de ensaye medianos 10 Tubos de ensaye grandes 1 Gradilla 1 Pinza para tubo de ensaye 1 Pro pipeta 12 Pipetas pasteur con perilla 1 Piceta con agua destilada 1 Embudo de vidro de talle corto 1 Agitador de vidrio 1 Microespátula Goggles (1 por cada alumno) Papel pH

REACTIVOS NaOH al 5.0%(p/v) H2SO4 al 5.0% (v/v) NaHCO3 al 5.0% (p/v) HCl al 5.0% (v/v) ALUMNOS Tijeras Franela Maskintape Plumón Indeleble

METODOLOGÍA Para que las pruebas de solubilidad resulten útiles, deben ser realizadas sistemáticamente y con un objetivo: clasificar al compuesto problema en un grupo que llamaremos “grupo de solubilidad” y que nos permitirá saber que tipo de compuesto es, así como los posibles grupos funcionales presentes en la molécula. Por lo anterior, estas pruebas son discriminatorias y podremos seguirlas en tablas (al final de este protocolo), para analizar si se trata o no del compuesto. Puedes colocar esta tabla en tu bitácora, recuerda complementar los resultados. Muestra Problema Sólida Solubilidad en agua. Colocar con una microespátula aproximadamente 0.1g de la muestra problema en un tubo de ensaye y agregar en porciones aproximadamente 3.0mL de agua (en cada porción añadida agitar). Si el compuesto es soluble debe desaparecer gradualmente. Solubilidad por reacción. Para el caso de disolución en otros solventes (NaOH al 5.0%, H2SO4 al 5.0%, NaHCO3 al 5.0% ó HCl al 5.0%), primero colocar en tubos diferentes aproximadamente 3.0 mL de cada uno de estos disolventes y agregar poco a poco pequeñas cantidades de la muestra problema de consistencia sólida. Muestra Problema Líquida Solubilidad en agua. Agregar aproximadamente 3.0 mL de agua en un tubo de ensaye. Gota a gota agregar la muestra problema líquida, agitando cada vez que se agrega la muestra y observando si se disuelve o forma dos fases. Solubilidad por reacción. Para el caso de disolución en otros solventes (NaOH al 5.0%, H2SO4 al 5.0%, NaHCO3 al 5.0% ó HCl al 5.0%), primero colocar en tubos diferentes aproximadamente 3.0 mL de cada uno de estos disolventes y agregar poco a poco pequeñas cantidades de la muestra problema líquida y observando si se disuelve. PRACTICA 2: SOLUBILIDAD DE COMPUESTOS

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Solubilidad en H2SO4 diluido o concentrado. Tomar y agregar con precaución aproximadamente 2.0 mL de H2SO4 diluido y depositarlo en un tubo de ensaye. Poco a poco agregar 3 gotas de muestra problema líquida o unos cuantos granos de muestra sólida (según sea el caso). Agitar con una varilla de vidrio. Si se trata de verificar la solubilidad H2SO4 concentrado efectuar el mismo proceso pero sin agitar el tubo. REPORTE DE RESULTADOS En tu bitácora anota las observaciones pertinentes, y en un cuadro comparativo si las pruebas son positivas o negativas. La muestra no es soluble: si hay presencia de fases separadas, consistencia aceitosa o presencia de cristales, no es soluble y la prueba es negativa. La muestra es soluble: si presenta una sola fase homogénea (es decir sin no se forman 2 fases), sin presencia de partículas o cristales, la prueba es positiva Nota: Una vez efectuadas las probas de solubilidad en agua o por reacción, deberá mantenerse un momento en reposo la solución para que se estabilice y se observe si no existe separación de capas o precipitación. Cuidado con el H2SO4 concentrado, manéjalo en la campana. Siempre utiliza tus goggles exceptuando cuando necesites verificar la solubilidad en el tubo en reposo. ESTA PRACTICA SE REALIZARA EN DOS SESIONES DE LABORATORIO

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PRIMERA ETAPA NOMBRE

ESTRUCTURA

AGUA

SOLUBILIDAD EN: NaOH NaHCO3 HCl

H2SO4

O H N CCH3 ACETANILIDA

O ACETAMIDA

H3C

NH2

O ACRILAMIDA

H2C HC

NH2

O BENZAMIDA

BUTILAMINA

NH2

CH3CH2CH2CH2 NH2

H DIFENILAMINA

N

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PRIMERA ETAPA NOMBRE

ESTRUCTURA

AGUA

SOLUBILIDAD EN: NaOH NaHCO3 HCl

H2SO4

NH2 ANILINA

H N CH3

METILANILINA

CH3 N CH3

DIMETILANILINA

NH2 p~NITROANILINA

O 2N

ALCOHOL n-HEPTILICO

ALCOHOL ISOAMILICO

CH3(CH2)5CH2 OH

CH3 CH CH2

CH2 OH

CH3

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PRIMERA ETAPA NOMBRE

ESTRUCTURA

AGUA

SOLUBILIDAD EN: NaOH NaHCO3 HCl

H2SO4

AGUA

SOLUBILIDAD EN: NaOH NaHCO3 HCl

H2SO4

CH3 ALCOHOL TER-AMILICO

CH3 CH2

C CH3 OH

OH CICLOHEXANOL

SEGUNDA ETAPA NOMBRE

ESTRUCTURA

O C

BENZALDEHIDO

H

O C ANISALDEHIDO

H

CH3O

O HEPTALDEHÍDO

CH3 (CH2)5 C H

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SEGUNDA ETAPA NOMBRE

ESTRUCTURA

AGUA

SOLUBILIDAD EN: NaOH NaHCO3 HCl

H2SO4

O C

BENZOFENONA

O CICLOHEXANONA

O

METIL-PROPIL CETONA

O C

ACIDO ANTRANILICO

OH

NH2

O C

ACIDO BENZOICO

OH

O C

ACIDO p~HIDROXI BENZOICO

OH

HO

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SEGUNDA ETAPA NOMBRE

ESTRUCTURA

AGUA

SOLUBILIDAD EN: NaOH NaHCO3 HCl

H2SO4

OH FENOL

OH p~AMINOFENOL

H2N

NO2 p~NITROFENOL

HO

OH α-NAFTOL

OH β-NAFTOL

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Agua

ORGANIGRAMA DE SOLUBILIDAD DE COMPUESTOS ORGÁNICOS

soluble

insoluble

Éter

NaOH 5.0%

soluble

Papel tornasol Rojo

insoluble

Papel Tornasol Azul

soluble

Sales de Ácidos: Orgánicos Clorhidratos de: Aminas Aminoácidos CompuestosPolifuncionales e hidrofilicos

soluble

Papel tornasol Neutro Aminas: Monofuncionales Alcoholes Aldehídos Cetonas Ésteres Nitrilos AmidasMonofuncionales Sales Metalicas Azúcares Polioles

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HCl 5.0%

NaHCO3 5.0%

soluble

Ácidos: Carboxílicos (6C) Fenoles sustituidos en orto y para β-Dicetonas

insoluble

Compuestos Neutros con N y S (>5C)

Aminas alifaticas (>8C) Anilinas (fenilo ligado a N Ácidos Orgánicos: Débiles Fenoles Enoles Oximas Imidas Sulfamidas Tiofenoles Compuestos Nitro con α hidrogenos

insoluble

H2SO4 5.0%

soluble

insoluble

Alcoholes Aldehídos Ésteres monofuncionales (entre 5y 9C) Ésteres, epoxidos y alquenos

Hidrocarburos Haloalcanos Haluros arilos Aromaticos

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BIBLIOGRAFIA o Shriner R. L. (2001) Identificación sistemática de compuestos orgánicos. Limusa Noriega Editores. México D. F. pp: 75-80. o Morrison & Boyd (1990) Química Orgánica. Addison-Wesley Iberoamericana. 5ª Edición. USA. o Carey F. A. (1999) Química Orgánica. Mc. Graw Hill. España. pp: 556-559. o Eaton D. (1989) Laboratory investigations in organic chemistry. Mc. Graw Hill. Book Company. N. Y. pp: 123-124. o Fessenden R. J.. (1983) Química Orgánica. Iberoamericana. México. o Holum J. R. (1986) Química Orgánica. “Curso Breve”. Limusa. México.

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