Actividades para desarrollar en grupo

 

 

1.    Un estudiante tenía una muestra problema de un compuesto orgánico  que solamente contenía: C, N, H, pero al realizar su análisis elemental resulto positivo el ensayo para halógenos. ¿Qué error puede haber cometido el estudiante para obtener este resultado?

El error que pudo haber cometido el estudiante fue no haber hervido la solución resultante de la fusión con sodio.

Se debe tener en cuenta que para realizar el análisis elemental primero se hace la fusión, con sodio, del compuesto problema. Cuando se va a hacer el análisis de halógenos, primero se agrega ácido a la solución resultante de la fusión con sodio con HNO3, luego se debe poner a hervir esta solución; esto con el fin de eliminar el nitrógeno, el cual se sabe que está presente en el compuesto problema.

Al hervir la solución el nitrógeno se eliminaría en forma de HCN. De modo que si la solución no hierve el nitrógeno puede precipitar como AgCN, después de añadirse a la solución AgNO3 durante la segunda parte del análisis de halogenuros.

El AgNo3 es un precipitado amarillo el cual se puede confundir con el AgBr o AgBr, los cuales también tienen color amarrillo.

2.    Un estudiante tenía una muestra problema de un compuesto orgánico que contenía: C, H, N, S. Cuando estaba realizando la prueba para nitrógeno, agregó sulfato ferroso amónico y se le formó un precipitado negro. A qué se debe la aparición de dicho precipitado?. 2.1- ¿Qué objeto tiene llevar a cabo la fusión con sodio 2. 2- ¿Qué reacciones se llevan a cabo en la determinación de S-, C-?   2.3- ¿Qué papel desempeña el acetato de plomo en la determinación de sulfuros? 2.4-. ¿Qué función desempeña el HNO3 en la detección individual de los halógenos (Br-, 1- )?   2.5. ¿Qué reacciones se llevan a cabo en la detección individual de los halógenos?

a)      Cuando se hace la prueba para nitrógeno, se agrega el sulfato ferroso amónico al producto o filtrado de la fusión con sodio. Es posible que se formen hidróxidos de hierro II y III. DE modo que el precipitado negro corresponde a uno de estos dos hidróxidos, específicamente al hidróxido de hierro II.

Específicamente:

 

NaCl + AgNO3                           AgCl    + NaNO3

 

Cloruro de plata

 

NaBr + AgNO3                                 AgBr     + NaNO3

             Bromuro de plata

             NaI + Ag NO3                                AgI   + NaNO3

      Yoduro de plata

 

b)      El objetivo de la fusión con sodio es transformar a los elementos o grupos a determinar en compuestos o sales de sodio, las cuales pueden reaccionar más fácil posteriormente.

 

C, H, O, N, S, S, X + Naº                                 NaCN + Na2SX

        NaX + NaOH

 

c)      En la determinación de azufre se llevan a cabo las siguientes reacciones:

 

S + Na                                     Na2S

 

Na2S + (CH3COO) 2Pb                         PbS    + 2CH3COONa

       Sulfuro de plomo

    En la determinación de carbono: 

C + CuO                       CO2 (gas)

CO2 + Ba(OH)2                      BaCO3 + H20

BaCO3 + 2HCl                       BaCl2 + CO2 + H2O

3.    Sobre Alcoholes. 3.1- Explicar por qué el sodio metálico podría utilizarse para eliminar las últimas trazas de agua del benceno, pero no del etanol. 3.2-Explicar la acidez relativa de los alcoholes líquidos primarios, secundarios y terciarios. 3.3- Sugiera ensayos químicos sencillos para distinguir: a) 1-pentanol y n-hexano b) n-butanol y t-butanol c) 1-butanol y 2-buten-1-ol d) 1-hexanol y 1-bromohexano ¿Cómo explica la teoría de Lewis de ácidos y bases las funciones de (a) el cloruro de cinc en el reactivo de Lucas; (b) el éter como disolvente en el reactivo de Grignard?. ¿Cómo se puede utilizar la diferente reactividad de los alcoholes 1º, 2º y 3º con HCl para distinguirlos entre sí, suponiendo que los alcoholes tienen seis o menos átomos de carbono?
 

Primero que todo no se puede utilizar el sodio metálico (Na) para eliminar trazas de agua con el etanol porque el reacciona rápidamente con los alcoholes primarios (etanol) formando etóxido de sodio. Por lo tanto se debe tener mucho cuidado, trabajar con precaución y con los elementos necesarios para protegerse de sus reacciones químicas.

El sodio metálico (Na)es un agente muy eficaz, especialmente cuando se utiliza en forma de un hilo muy fino, pero se puede utilizar solamente para secar éteres, alcanos e hidrocarburos aromáticos.

 

La acidez de los alcoholes varía ampliamente, desde los alcoholes que tienen una acidez parecida a la del agua hasta algunos que son muchos más ácidos.

 La acidez relativa de los alcoholes es H2O > ROH > R-CºC-H   >    NH3 > RH

A mayor estabilidad de la base, mayor acidez del compuesto del cual proviene.

El orden de acidez decreciente de los alcoholes, CH3OH > 1.° > 2.° > 3.°,se atribuye al efecto dador de los electrones de los grupos R. Estos aumentan la carga sobre la base conjugada RO-, lo que desestabiliza al ion haciendo el ácido más débil.

 

a.      a)1- Pentanol y n-hexano: Una forma de distinguirlos es por su solubilidad ya que Los alcoholes como el 1- pentanol se disuelven en H2SO4, en cambio los alcanos como el n-hexano son insolubles, se pueden separar por medio de embudos de separación adicionándole un indicador para poder saber en qué lado está el ácido con el 1-pentanol.

 

b) n-butanol y ter-butanol

 

El t-butanol que es un alcohol terciario y el n-butanol que es un alcohol primario se pueden distinguir por medio de una oxidación en condiciones suaves utilizando anhídrido crómico en H2SO4.  Se considera una reacción positiva para esta prueba, si desaparece la coloración naranja y se forma una emulsión verde o azul – verdosa debido a que se forma Cr3+. El que daría positivo sería el n- butanol, porque esta prueba es positiva para alcohol primario y secundario los terciarios no reaccionan porque no tienen grupos hidrógenos en su formula.

 

c) 1-butanol y 2-buten-1-ol

Se pueden distinguir ya que el 2 buten-1 ol que es un alqueno decolora el Br en CCl4 y en cambio con el butanol no reacciona.

d) 1-hexanol y 1 bromohexano

Se distinguen con una reacción de reducción ya que el 1 hexanol reduce el CrO3 a Cr3+, dando una coloración de rojo-naranja a verde. Los haluros de alquilo como el bromobenceno no reacciona, en cambio si el bromobenceno se calienta con AgNO3/Etanólico forma un precipitado de AgBr.

 

La estructura de lewis explica las funciones de la siguiente forma:

La función del cloruro de zinc es como catalizador. El ZnCl2 forma un complejo con el alcohol por asociación con un par de electrones no compartido del átomo de oxígeno. Esto debilita el enlace carbono-oxígeno que se rompe generando el carbocatión, el que es luego atacado por el cloruro para dar el cloruro de alquilo. Los alcoholes terciarios reaccionan inmediatamente, los secundarios tardan en reaccionar de 5 a 10 minutos, mientras que los primarios no reaccionan a temperatura ambiente.

El ZnCl2 actúa como ácido de elwis y forma un ácido mucho más fuerte que el ácido clorhídrico.

 

La fórmula RMgX es una simplificación de la estructura real del reactivo. En dicha fórmula, el metal aparece como altamente deficiente de electrones. Para conseguir la estructura favorable del octeto, actúa como ácido de Lewis y se une a solventes que actúan como base de Lewis. Por ejemplo, los halogenuros de alquilmagnesio se estabilizan formando enlaces con dos moléculas de éter. Se dice que el solvente se encuentra coordinado al metal. Las fórmulas que suelen utilizarse para representar los reactivos de Grignard rara vez muestran dicha coordinación, pero ésta es crucial ya que la reacción es muy difícil en su ausencia.

4.    ¿Por qué la deshidratación en medio ácido del 1-fenil-2-propanol forma 1- fenil-propeno en vez de 1-fenil-2-propeno?. La metil-cetonas da la reacción del haloformo: NaOH CH3CO R → CHI3 + RCOO- Na+ metil cetonas I2 sólido amarillo El I2 también puede oxidar a los alcoholes 1º y 2º a compuestos carbonilicos. ¿Qué alcoholes butílicos dan positiva la prueba del haloformo?: Un compuesto de fórmula C9H12O se oxida en condiciones enérgicas a ácido benzoico. Reacciona con óxido de cromo IV y da positiva la prueba del haloformo. ¿Es este compuesto quiral?. Asignar números, desde el 1 para el más bajo al 5 para el más alto, para indicar la reactividad relativa con HBr y formar bromuro de bencilo a partir de los siguientes alcoholes bencílicos. a) p-Cl-C6H4-CH2OH; b) (C6H5)2 CHOH; c) p-O2N-C6H4-CH2OH; d) (C6H5)3COH; e) C6H5CH2OH

La deshidratación en medio ácido del 1-fenil-2-propanol forma 1-fenil-2-propeno porque, El 1-fenil-1-propeno PhCH=CHCH3, es un alqueno que es más sustituido y más estable, que el 1-fenil-2-propeno, PhCH2CHCH2. El 1-fenil-1-propeno es más estable, porque el doble enlace está conjugado con el anillo aromático.

 

Los alcoholes con grupo R–CH(OH)CH3, reaccionan con la prueba de haloformo y los grupos se oxidan a   CH3-CO-R dando una prueba positiva. El único alcohol butílico que reacciona con el haloformo es el : 2- butanol H3C-CH2-CH(OH)-CH3.

 

Cuando el C9H120 se oxida en condiciones enérgicas produce ácido benzoico que da positiva la prueba de iodoformo ya que el OH del compuesto formo un grupo carbonilo Y la reacción con CrO3 significa que hay un OH en el alcohol primario o secundario. El benceno es un compuesto monosustituido de formula   C6H5OH que si se resta de C9H120obtenemos C3H70como fórmula para la cadena lateral, en donde las posibles estructuras pueden ser:

Debido a esto la estructura II es la única quiral y que podría dar una prueba de iodoformo positiva, ya que tiene la estructura básica para esta prueba –CH(OH)CH3

Asignar números, desde el 1 para el más bajo al 5 para el más alto, para indicar la reactividad relativa con HBr y formar bromuro de bencilo a partir de los siguientes alcoholes bencílicos. a) p-Cl-C6H4-CH2OH; b) (C6H5)2 CHOH; c) p-O2N-C6H4-CH2OH; d) (C6H5)3COH; e) C6H5CH2OH

 

Las diferencias de las velocidades de reacción depende de la tendencia relativa de los alcoholes protonados a perder H2O para formar un carbocatión( R+ ). La estabilidad de R+ afecta el DH+ de formación del R+, en el estado de transición y determina la velocidad total, Los grupos cloruros (Cl-) y nitro (NO2-) que atraen electrones desestabilizan el R+ al intensificar la carga positiva.

 

De acuerdo a esto el orden de reactividad relativa sería:

 

1. (c) p-O2N-C6H4-CH2OH, porque el nitro es más efectivo y desestabiliza simultáneamente por resonancia y por inducción.

2.  (a) p-Cl-C6H4-CH2OH; porque el Cl- desestabiliza únicamente por inducción.

3. (e) C6H5CH2OH, porque tiene un solo grupo C6H5, cuanto más tienen sobre el carbono bencílico más estable es R+.

4. (b) (C6H5)2 CHOH, por los dos grupos C6H5 que tiene.

5. (d) (C6H5)3COH, es el más estable porque tiene mas grupo C6H5 sobre el carbono bencílico.

5.    Al intentar eliminar agua del etanol por destilación fraccionada se obtiene etanol del 95%, un azeótropo que hierve a temperatura constante de 78.15ºC, temperatura más bajo que el punto de ebullición del agua y etanol. ¿Porqué el etanol del 95% hirviendo con Mg elimina el resto de agua?. Escribir la ecuación de la reacción del sodio metálico con etanol. ¿Esta reacción será más rápida o más lenta que la reacción del sodio con agua?. ¿Qué tipo de compuesto es el etóxido de sodio?. Formular la ecuación del etóxido de sodio con agua. ¿Qué indica esta reacción con respecto a la acidez relativa del agua y del etanol?. Escribir las ecuaciones ajustadas de la reacción del ter-butanol y sec-butanol con ácido clorhídrico.

1. Porque el etanol al 95% tiene un 5% de agua y el Mg adsorbe esta molécula de agua y forma Mg(OH)2, lo cual es un compuesto insoluble. Lo cual entonces se destila este etanol absoluto o seco del compuesto insoluble (Mg(OH)2) obteniéndose etanol absoluto. La reacción es:  Mg   + H2O     ®       H2   + Mg(OH)2

2. Escribir la ecuación de la reacción del sodio metálico con etanol. ¿Esta reacción será más rápida o más lenta que la reacción del sodio con agua?

            CH3CH2OH    + Na+   ® CH3CH2-O- +Na  +1/2 H2

                         Etanol                                      etóxido de sodio

Esta reacción es relativamente rápida por ser un alcohol primario pero la reacción de sodio con agua es muy violenta y es mucho más rápida ya que el  Na es muy reactivo, descompone violentamente el agua, desprendiendo hidrógeno y formando la solución de Hidróxido de Sodio (NaOH). Esta reacción también es exotérmica puesto que hay desprendimiento de energía en forma de calor.

3. ¿Qué tipo de compuesto es el etóxido de sodio?. Formular la ecuación del etóxido de sodio con agua. ¿Qué indica esta reacción con respecto a la acidez relativa del agua y del etanol?. Escribir las ecuaciones ajustadas de la reacción del ter-butanol y sec-butanol con ácido clorhídrico.

hidruro de sodio, NaH, o metales alcalinos (normalmente sodio y potasio). En la reacción se desprende hidrógeno. Son derivados de los alcoholes.El etóxido de sodio es un alcóxidos o alcoholatos y son aquellos compuestos del tipo ROM, siendo R un grupo alquilo, O un átomo de oxígeno y M un ion metálico u otro tipo de catión. Los alcóxidos se obtienen a partir de los respectivos alcoholes mediante su desprotonación. Se emplean bases fuertes, por ejemplo

6.    ¿Cómo se puede explicar el hecho de que los alcoholes sean mucho más solubles que los cloruros correspondientes?: ¿Se puede explicar por su estructura el orden de reactividad observado en la reacción de estos alcoholes con ácido clorhídrico?.

 Los alcoholes son el grupo de compuestos químicos que resultan de la sustitución de uno o varios átomos de hidrógeno (H) por grupos hidroxilo (-OH) en los hidrocarburos saturados o no saturados. Los alcoholes son muchos más solubles que los cloruros correspondientes porque el grupo OH del alcohol forma puentes de hidrógenos con el agua y en los cloruros el OH ha sido reemplazado por el Cl así que disminuye su solubilidad ya que pierde la capacidad de formar puentes de hidrogeno con el agua.

El orden de reactividad de los dos alcoholes anteriores sería el t-butanol es más reactivo porque reacciona inmediatamente y el 2. Butanol reacciona a los 5 minutos. Esto se debe a que en la etapa determinante de la velocidad de reacción se forma un carbocatión como intermediario cuyo orden de estabilidad es:

 

7.    En general, ¿Qué disolvente es mejor para sustancias iónicas, el etanol absoluto o el de 95%?. ¿Y para sustancias covalentes no polares?.

El etanol 95% es mejor para sustancias iónicas, porque el agua puede solvatar a los iones y en el etanol absoluto no se puede producir solvatación de los iones.

 

El etanol absoluto, sería mejor para sustancias no polares covalentes, porque estas sustancias tiene cadenas alifáticas y el etanol las disuelve mejor por tener una parte alifática en su estructura.

acetato de etilo (un disolvente para pegamentos, pinturas, etc.), el éter dietílicoAdemás La industria química lo utiliza como compuesto de partida en la síntesis de diversos productos, como el , etc. También se aprovechan sus propiedades desinfectantes.

 

 

8.    Investigar los datos correspondientes a puntos de ebullición, punto de fusión, solubilidad en agua y densidad del propano, propeno, propino y 1-propanol. Explicar la influencia que el grupo OH ejerce sobre las propiedades físicas de la molécula y justificar teóricamente.

 

Compuesto	Punto de fusión (°C)	Punto de ebullición (°C)	Solubilidad en H2O	Densidad
Propeno	-185.3	-48	insoluble	0.6139
Propano	-187.65	-42.1	insoluble	0.00184
Propino	-101-5	-23	insoluble	0.68
1-propanol	-126.45	97.15	soluble	0.8034

La influencia que el grupo OH ejerce sobre las propiedades físicas de la molécula pueden ser:  

1.      Los alcoholes pueden comportarse como ácidos o bases, esto gracias al efecto inductivo, que no es más que el efecto que ejerce la molécula de –OH como sustituyente sobre los carbonos adyacentes. Gracias a este efecto se establece un dipolo. La estructura del alcohol está relacionada con su acidez. El grupo –OH es hidrofílico por que tiene afinidad por el agua y por otras sustancias polares.   El grupo alifático de un alcohol es hidrofóbico porque se comporta como un alcano: no participa en los enlaces de hidrógeno ni en atracciones dipolo-dipolo de un disolvente polar como el agua.

2.      La vaporización de un alcohol, se produce por rompimiento del enlace de hidrógeno intermolecular. El grupo –OH es muy polar y, lo que es más importante, es capaz de establecer puentes de hidrógeno: con sus moléculas compañeras, con otras moléculas neutras y con aniones. Los alcoholes hasta con átomos de carbono son solubles.

3.      El enlace por puente de hidrógeno es considerado más débil que un enlace covalente, pero suficientemente fuerte para influir en las propiedades de las moléculas.

4.      Los alcoholes tiene por lo tanto, puntos de ebullición más alto que compuestos orgánicos con el mismo peso molecular, pero deficientes en enlaces de hidrógeno intermolecular.