Reacciones de aldehdos y cetonas Yuly K. Caldern, Erika J. CortesEstudiantes de qumica, Facultad de Ciencias Bsicas, Universidad de la Amazonia. Florencia (Caquet)

ResumenDurante la presente prctica se realizaron tres pruebas utilizadas en el laboratorio para la identificacin de aldehdos y cetonas (prueba de Fehling, Tollens y con 2,4-dinitrofenilhidrazina), en este caso aplicadas a los siguientes compuestos: formaldehido, benzaldehdo, acetona y glucosa; debido a que los aldehdos y las cetonas tienen ciertas diferencias, entre las cuales se destaca su manera de reaccionar, presentando cambios de coloracin especfica, es a partir de ello que se logra su identificacin en esta prctica. Palabras claves: oxidacin, adicin nucleoflica, compuestos carbonlicos.AbstractDuring this practice were performed three tests used in the laboratory for the identification of aldehydes and ketones (Fehling test, Tollens and 2,4-dinitrophenylhydrazine test), in this case applied to the next compounds: formaldehyde, benzaldehyde, acetone and glucose; owing to that the aldehydes and the ketones have differences as: its form of react presented changes of specific coloration, thanks to this is achieved its identification in the practice.Key words: Oxidation, nucleophilic addition, carbonyl compounds.

Introduccin

Los aldehdos son sustancias de frmula general RCHO (con excepcin del formaldehido, HCHO, donde R es H) y las cetonas son compuestos de frmula general RZCO, donde los grupos R y Z pueden ser alifticos o aromticos 1.

ESQUEMA 1. Estructura de los aldehdos y cetonas.

Los aldehdos, adems, Se comportan comoreductor, poroxidacinel aldehdo decidoscon igual nmero detomosdecarbono; mientras que las cetonas al hallarse el grupo carbonilo en un carbono secundario son menos reactivas que los aldehdos y dado a que los grupos alqulicos actan como dadores de electrones porefecto inductivo, Slo pueden ser oxidadas por oxidantes fuertes como el permanganato de potasio, dando como productos dos cidos con menor nmero de tomos de carbono 2.Estos compuestos orgnicos se sintetizan mediante ozonlisis de alquenos, tratamiento con KMnO4en caliente de alquenos (este mtodo slo es vlido para la preparacin de cetonas), hidratacin de alquinos, hidroboracin-oxidacin de alquinos, acilacion de Friedel-Crafts del benceno, oxidacin de alcoholes y las reacciones son tpicamente de adicin nucleoflica, las cuales se observan a continuacin:

ESQUEMA 2. Mecanismo de adicin nucleoflica de aldehdos y cetonas.

Adicin nucleoflica de alcoholes

ESQUEMA 3. Adicin nucleoflica de alcoholes

Adicin de amina primaria

ESQUEMA 4. Adicin de amina primaria

Adicin de hidroxilamina

ESQUEMA 5. Adicin de hidroxilamina

Adicin de hidracinas

ESQUEMA 6. Adicin de hidracinas

Adicin de cido cianhdrico

ESQUEMA 7. Adicin de cido cianhdrico

Adems, reacciones de oxidacin (esquema 8) y reduccin (esquema 9-12) 3.

ESQUEMA 8. Oxidacin de aldehdos

ESQUEMA 9. Hidruro

ESQUEMA 10. Hidrogenacin

ESQUEMA 11. Reduccin de Clemmensen

ESQUEMA 12. Reaccin de Walff-Kishner

Estos se identifican utilizando pruebas tales como: la prueba de Fehling (se emplea como oxidante el in cprico en medio bsico, la precipitacin de xido cuproso (rojo) indica la presencia de un aldehdo 4), prueba de Tollens (utiliza como reactivo una disolucin amoniacal de plata, con presencia de un aldehdo se produce un precipitado de plata elemental en forma de espejo de plata 4) y Prueba para la formacin de la 2,4- dinitrofenilhidrazina (es un ensayo analtico especfico de aldehdos y cetonas. Los carbonilos reaccionan con 2,4- dinitrofenilhidrazina formando fenilhidrazonas que precipitan de color amarillo. La aparicin de precipitado es un indicador de la presencia de carbonilos en el medio 5); las cuales se pretenden llevar a cabo experimentalmente con el fin de llevar a cabo algunas reacciones de adicin nucleoflicas de aldehdos y cetonas.

Materiales y mtodos En el desarrollo de la prctica de laboratorio se llevaron a cabo tres pruebas para la identificacin de aldehdos y cetonas como se mencion previamente. Estos se describen a continuacin:

Prueba de Fehling Se adiciono 1 mL de solucin de Fehling A y 1 mL de solucin B en cuatro tubos de ensayo previamente rotulados (a, b, c, d); posteriormente se aadieron 6 gotas de Formaldehido (tubo a), benzaldehdo (tubo b), acetona (tubo c) y solucin de glucosa (tubo d). Puesto que a temperatura ambiente no se observ el precipitado rojo esperado, se colocaron entonces los cuatro tubos en un bao de mara durante 5 minutos, obtenindose los siguientes resultados:

CompuestoPrueba de Fehlingobservaciones

FormaldehidopositivaPrecipitado color rojo

BenzaldehdopositivaPrecipitado color rojo

AcetonanegativaSolucin color azul rey

GlucosaPositiva Solucin color rojo

Tabla 1. Resultados de la prueba de Fehling para aldehdos y cetonas. Prueba para la formacin de la 2,4- dinitrofenilhidrazina

A tres tubos de ensayo se les adicionaron 0.5 mL de compuesto; en el tubo a benzaldehdo, en el b formaldehido y en el c acetona. Adems, 0.5 mL de 2,4-dinitrofenilhidrazina respectivamente.Finalmente, se anotaron los resultados:CompuestoPrueba con 2,4- dinitrofenilhidrazina observaciones

Benzaldehdo positivaPrecipitado color naranja

Formaldehido positivaPrecipitado color amarillo

AcetonanegativaPrecipitado color naranja

Tabla 2. Resultados de la Prueba para la formacin de la 2,4- dinitrofenilhidrazina

Prueba de Tollens Se adiciono 1 mL de reactivo de Tollens en un tubo de ensayo y 6 gotas de formaldehido; este procedimiento se repiti con benzaldehdo, acetona y glucosa. Debido a que a temperatura ambiente no se observ la formacin del espejo de plata, se sometieron los cuatro tubos a un bao de mara y al cabo de 5 minutos se obtuvieron los siguientes resultados:

CompuestoPrueba de Fehlingobservaciones

FormaldehidopositivaSe forma el espejo de plata en una solucin color gris

BenzaldehdopositivaSe forma el espejo de plata y precipitado color negro

AcetonanegativaSolucin incolora sin cambio

GlucosaPositiva Se forma el espejo de plata y precipitado color tierra claro

Tabla 3. Resultados de la prueba de Tollens para aldehdos y cetonas.

AnlisisA continuacin estudiaremos cada prueba llevado a cabo en la presente prctica. Prueba de Fehling Se utiliza como reactivo para la determinacin de azucares reductores. Se fundamenta en el poder reductor del grupo carbonilo de un aldehdo, oxidndolo a un cido carboxlico y reduciendo la sal de cobre (II) en medio alcalino a oxido de cobre (I), que forma un precipitado de color rojo6. El fenmeno descrito anteriormente es precisamente el ocurrido en el caso del formaldehido y el benzaldehdo6 (Esquema 13)

ESQUEMA 13. Formacin de xido de cobre (I), donde RCOOH es: formaldehido y benzaldehdo.

Por otra parte la glucosa es un monosacridos capaz de reducir el Cu+2 a Cu+1 pasando del color azul a rojo ladrillo, porque contiene grupos hemiacetlicos (molcula que contiene un grupo hidroxilo -OH y un residuo alcxido -OR unidos a un mismo tomo de carbono. Se forma por reaccin de adicin nucleoflica de un aldehdo) los cuales son los encargados de reducir el sulfato de cobre6.Por ltimo, la acetona no presenta un precipitado color rojo debido a que inicialmente el reactivo de Fehling es considerado un oxidante suave y adems, esta no contiene un hidrogeno unido al carbono carbonilo y son estabilizadas mediante efecto inductivo6. Prueba para la formacin de la 2,4- dinitrofenilhidrazina

2,4-dinitrofenilhidrazina reacciona con el grupo carbonilo de los aldehdos y de las cetonas para formar 2,4-dinitrofenilhidrazonas, las cuales son slidas y precipitan con un color amarillo, comprobando la existencia de alguna de las especies. Las cetonas y los aldehdos darn lugar a una reaccin del tipo: adicin nucleoflica; en una primera fase se dar una protonacin del grupo carbonilo, ya sea acetona o aldehdo, polarizando la especie, lo que favorecer el ataque nucleoflico, en este caso es el 2,4-dinitrofenilhidrazina el necrfilo, que presentara una alta disponibilidad de la carga negativa justo sobre el tomo de nitrgeno7.

En esta reaccin el ataque nucleoflico, no implicara la salida del grupo -OH, puesto que al polarizarse, el carbono quedo tan solo con tres enlaces, por lo que puede formar un cuarto enlace con el nuclefilo sin desplazar a ningn grupo. Debido al carcter cido del medio en el que se desarrolla la reaccin, el -OH del grupo carbonilo se protonar, permitindole al nitrgeno usar el par de electrones disponibles para formar un doble enlace resonando la carga positiva del carbono sobre su tomo, y desplazando el agua, que posteriormente desprotonar al nitrgeno para estabilizar a la molcula, formando: 2,4 dinitrofenilhidrazona7 (Esquema 14).

ESQUEMA 14. Reaccin de adicin nucleoflica a cetonas (acetona) y aldehdos (benzaldehdo, formaldehido).

Prueba de Tollens

El reactivo de Tollens es una disolucin de xido de plata en amoniaco acuoso, adems de ser el agente Oxidante, la reaccin global describe la oxidacin del aldehdo y la reduccin del xido de plata a plata metlica8.

ESQUEMA 15. Reaccin de la prueba de Tollens para aldehdos (benzaldehdo, formaldehido) y azucares reductores (glucosa).

En cuanto a la acetona, esta no reacciona debido a que no posee hidrgenos , por lo que es muy poco probable o casi imposible que se d la oxidacin con un agente oxidante dbil como es el caso del reactivo de Tollens8.

Referencias

1. Wade, L.G. Qumica Orgnica. Ed. Prentice- Hall Hispanoamrica, S.A., Mexco.1993.2. PETERSON, W.R.Formulacin y Nomenclatura Qumica Orgnica(6ta edicin). Barcelona-Espaa: Eunibar-editorial universitaria de Barcelona. pp.981013. http://www.telecable.es/personales/albatros1/quimica/grupofun/aldeceto/aldeceto.htm#profisi. Con acceso el 16 de marzo del 20154. http://www.quimicaorganica.net/ensayos-fehling-tollens.html. Con acceso el 16 de marzo del 20155. http://www.quimicaorganica.org/aldehidos-y-cetonas/235-ensayo-de-la-24-dinitrofenilhidrazina.html. Con acceso el 16 de marzo del 20156. Gua de Laboratorio de Qumica Orgnica, prcticas de docencia para el programa de ingeniera Qumica, 20137. Quimica Organica quinta edicion Paula Yurkanis Bruice university of California, Santa Barbara. Editorial Perason educaciion mexico 2008. Pg 438-466, Captulo 108. Allinger.Cava.De Jongh.ohnson.Lebel.Stevens QUMICA ORGNICA/ Organic Chemistry., 2 edicin, Copyright 1971 by Worth Publishers, Inc