1- Marco teórico

Los compuestos que contienen al grupo carboxilo son ácidos y se llaman ácidos carboxílicos.

 

 

 

Los ácidos carboxílicos se clasifican de acuerdo con el sustituyente unido al grupo carboxilo. Un ácido alifático tiene un grupo alquilo unido al grupo carboxilo, mientras que un ácido aromático tiene un grupo arilo. Un ácido carboxílico cede protones por ruptura heterolítica de enlace O-H dando un protón y un ión carboxilato.

2- Propiedades físicas

•  Puntos de ebullición.

Los ácidos carboxílicos hierven a temperaturas muy superiores que los alcoholes, cetonas o aldehídos de pesos moleculares semejantes. Los puntos de ebullición de los ácidos carboxílicos son el resultado de la formación de un dímero estable con puentes de hidrógeno.

•  Puntos de fusión.

Los ácidos carboxílicos que contienen más de ocho átomos de carbono, por lo general son sólidos, a menos que contengan dobles enlaces. La presencia de dobles enlaces (especialmente dobles enlaces cis) en una cadena larga impide la formación de una red cristalina estable, lo que ocasiona un punto de fusión más bajo.

Los puntos de fusión de los ácidos dicarboxílicos son muy altos. Teniendo dos carboxilos por molécula , las fuerzas de los puentes de hidrógeno son especialmente fuertes en estos diácidos: se necesita una alta temperatura para romper la red de puentes de hidrógeno en el cristal y fundir el diácido.

•  Solubilidades.

Los ácidos carboxílicos forman puentes de hidrógeno con el agua, y los de peso molecular más pequeño (de hasta cuatro átomos de carbono) son miscibles en agua. A medida que aumenta la longitud de la cadena de carbono disminuye la solubilidad en agua; los ácidos con más de diez átomos de carbono son esencialmente insolubles.

Los ácidos carboxílicos son muy solubles en los alcoholes, porque forman enlaces de hidrógeno con ellos. Además, los alcoholes no son tan polares como el agua, de modo que los ácidos de cadena larga son más solubles en ellos que en agua. La mayor parte de los ácidos carboxílicos son bastante solubles en solventes no polares como el cloroformo porque el ácido continua existiendo en forma dimérica en el solvente no polar. Así, los puentes de hidrógeno de dímero cíclico no se rompen cuando se disuelve el ácido en un solvente polar.

3- Medición de la acidez

Un ácido carboxílico se puede disociar en agua para dar un protón y un ión carboxilato. La constante de equilibrio Ka para esta reacción se llama constante de acidez. El pKa de un ácido es el logaritmo negativo de Ka, y normalmente se usa al pKa como indicación de la acidez relativa de diferente ácidos.

•  Efectos de los sustituyentes sobre la acidez.

Un sustituyente que estabilice al ión carboxilato, con carga negativa, aumenta la disociación y produce un ácido más fuerte. De este modo los átomos electronegativos aumentan la fuerza de un ácido. Este efecto inductivo puede ser muy grande si están presentes uno o más grupos que atraen electrones en el átomo de carbono alfa.

La magnitud del efecto de un sustituyente depende de su distancia al grupo carboxilo. Los sustituyentes en el átomo de carbono alfa son los más eficaces para aumentar la fuerza de un ácido. Los sustituyentes más distantes tienen efectos mucho más pequeños sobre la acidez, mostrando que los efectos inductivos decrecen rápidamente con la distancia.

4- Sales de acidos carboxilicos.

Una base fuerte puede desprotonar completamente en un ácido carboxílico. Los productos son el ión carboxilato, el catión que queda de la base, y agua. La combinación de un ión carboxilato y un catión constituyen la sal de un ácido carboxílico.

 

 

 

5- Síntesis de los acidos carboxilicos

•  Oxidación de alcoholes y aldehidos.

Los alcoholes o aldehídos primarios se oxidan normalmente para producir los ácidos empleando ácido crómico. El permanganato de potasio se emplea en ocasiones pero con frecuencia sus rendimientos son inferiores.

 

 

 

•  Ruptura oxidativa de alquenos y alquinos.

El permanganato de potasio reacciona con los alquenos para dar glicoles. Las soluciones calientes y concentradas de permanganato de potasio oxidan más los glicoles, rompiendo el enlace carbono-carbono central. Dependiendo de la sustitución del doble enlace original, se podrán obtener cetonas o ácidos.

 

 

 

La ozonólisis o una oxidación vigorosa con permanganato rompe el triple enlace de los alquinos dando ácidos carboxílicos.

 

 

•  Carboxilación de reactivos de Grignard.

El dióxido de carbono se agrega a los reactivos de Grignard para formar las sales de magnesio de los ácidos carboxílicos. La adición de ácido diluido protona las sales de magnesio para dar ácidos carboxílicos. Este método es útil porque convierte un grupo funcional halogenuro en un grupo funcional ácido carboxílico, agregando un átomo de carbono en el proceso.

 

 

 

•  Formación de hidrólisis de nitrilos.

Para convertir un halogenuro de alquilo en ácido carboxílico con un átomo de carbono adicional es desplazar al halogenuro con cianuro de sodio. El producto es un nitrilo con un ácido carboxílico más.

 

 

6- Propiedades químicas

Aunque los ácidos carboxílicos contienen también al grupo carbonilo, sus reacciones son muy diferentes de las de las cetonas y los aldehídos. Las cetonas y los aldehídos reaccionan normalmente por adición nucleofílica del grupo carbonilo, pero los ácidos carboxílicos y sus derivados reaccionan principalmente por sustitución nucleofílica de acilo, donde un nucleófilo sustituye a otro en el átomo de carbono del acilo (C=O).

•  Síntesis y empleo de cloruros de ácido.

Los mejores reactivos para convertir los ácidos carboxílicos en cloruros de ácido son el cloruro de tionilo (SOCl2) y el cloruro de oxalilo (COCl)2, porque forman subproductos gaseosos que no contaminan al producto. El cloruro de oxalilo es muy fácil de emplear porque hierve a 62ºC y se evapora de la mezcla de reacción.

 

 

•  Condensación de los ácidos con los alcoholes. Esterificación de Fischer.

Los ácidos carboxílicos se convierten directamente en ésteres mediante la esterificación de Fischer, al reaccionar con un alcohol con catálisis ácida.

 

 

•  Reducción de los ácidos carboxílicos.

El hidruro de litio y aluminio (LiAlH4) reduce los ácidos carboxílicos para formar alcoholes primarios. El aldehído es un intermediario en esta reacción, pero no se puede ailar porque se reduce con mayor facilidad que el ácido original.

 

 

•  Alquilación de los ácidos carboxílicos para formar cetonas.

Un método general para prepara cetonas es la reacción de un ácido carboxílico con 2 equivalentes de un reactivo de organolitio.

 

 

•  Descarboxilación de los radicales carboxilato.

Los ácidos carboxílicos se pueden convertir en halogenuros de alquilo con pérdida de un átomo de carbono mediante la reacción de Hunsdiecker.

 

 

7- Discusión de resultados y análisis de la muestra

•  Determinación de la solubilidad.

. Solubilidad en agua. La muestra resultó ser insoluble en agua.

Como se había mencionado anteriormente, a medida que la cadena del compuesto se hace más larga, se hace menos soluble en agua. El agua es un solvente anfiprótico y por lo tanto puede por ejemplo ionizar una amina dándole un protón o un ácido aceptando un protón del mismo. Estas reacción se ilustra así:

 

El número de ácidos y bases que pueden ser ionizados por el agua es limitado, y es probable que la mayoría de los que se disuelven lo hagan por formación de puentes de hidrógeno más bien que por ionización y solvatación de los iones.

. Solubilidad en éter.

Resultó ser soluble. En general las sustancias no polares y las ligeramente polares se disuelven en éter, porque como el éter mismo, ellas son no asociadas. La mayoría de los compuestos orgánicos que nosean solubles en agua son solubles en éter.

. Solubilidad en HCl.

La muestra resultó ser insoluble.

. Solubilidad en NaOH.

La muestra resultó ser soluble en esta base.

. Solubilidad en

La muestra resultó ser insoluble en el bicarbonato de sodio.

NOTA: Según el libro guía de laboratorio la muestra pertenece al grupo A2, el cual se encuentra compuesto por:

•  Ácidos

•  Anhídridos

•  Fenoles

•  Esteres de ácidos fenólicos

•  Enoles

•  Determinación de otras propiedades físicas.

. Estado: sólido.

. Color: blanco

. pH: 3

. Punto de fusión: 123º a 127ºC

•  Pruebas Preliminares.

. Ensayo de Ignición. Se derritió rápidamente, la llama era de un color amarillo intenso y tenía bastante hollín.

. Acción de ácidos y bases.

•  Ensayo con el bicarbonato de sodio.

Como la sustancia es insoluble en agua se disolvió en alcohol y se añadió el mismo volumen de agua y después se agregó el bicarbonato líquido. No se observó ningún resultado.

Se volvió a realizar la prueba disolviendo la muestra en etanol y agua y después se agregó el bicarbonato en estado sólido y de ésta manera se observó una efervescencia que me indica que el ensayo es positivo.

 

 

 

•  Ensayo con ácido sulfúrico concentrado.

La sustancia no se disolvió. No se observó ningún tipo de reacción.

•  Ensayo con hidróxido de sodio.

La muestra se disuelve perfectamente en frío. Me indica una prueba positiva.

.

Ensayos de instauración activa.

•  Ensayo con Bromo en CCl4.

Se hizo la prueba en blanco y daba una tonalidad naranja oscuro. Y en la prueba con la muestra se observó el mismo color, tampoco se observó ninguna decoloración en la solución. Para mayor seguridad la prueba se realizó dos veces.

•  Ensayo con permanganato de potasio.

Se realizó la prueba en blanco y se observa un color violeta. Cuando se realiza la misma prueba con la muestra se observa un color carmelita. Se considera la prueba positiva.

Según los resultados obtenidos del Broma y el permanganato de potasio se comparó con la tabla No. Una de la guía del laboratorio y dan el siguiente tipo de estructura:

Ar2-C=C-Ar2

. Ensayos de aromaticidad.

•  Ensayo del formaldehído-ácido sulfúrico

No se presentó ningún tipo de reacción. Ensayo negativo.

Puesto que la reacción del formaldehído con el núcleo aromático y la posterior polimerización son inhibidas por grupos sustituyentes que atraen electrones, sólo se obtiene reacción positiva cuando el núcleo no está desactivado por sustituyentes tales como: -Cl, -SO3H,-NO2, -COOH,

-CH2N+.

8- Análisis funcional.

. Ácidos carboxílicos.

•  Ensayo con bicarbonato de sodio.

Como esta prueba fue realizada anteriormente, se observó un resultado positivo, ya que la efervescencia se pudo observar.

•  Ensayo con indicadores.

Una sustancia ácida se reconoce en los ensayos preliminares con el uso de los indicadores. Se realizó la prueba y el resultado del pH fue de 3.

•  Ensayo del yodato –yoduro.

Se trituró unos miligramos del ácido con unos miligramos de KI y KIO3 secos. Se obtuvo una coloración carmelita debida al yodo libre.

. Anhídridos.

Los anhídridos pueden ser fácilmente confundidos con los ácidos porque, al hacer los ensayos para ácidos, en anhídrido se hidroliza dando positivos dichos ensayos.

•  Prueba del hidroxamato férrico.

La prueba dio negativa ya que se observó un color amarillo, el mismo color del cloruro ferrico. El color rojo-azuloso del hidroxamato férrico es prueba positiva para anhídridos.

Muchos anhídridos pueden dar ácidos hidroxámicos, sin que tengan que convertirse primero en ésteres, los cual no sucede con los ácidos.

 

 

. Esteres.

•  Prueba de hidroxamato.

Se observó un color amarillo, no se detectó ninguna reacción. La prueba dio negativa.

Los esteres, los anhídridos y los haluros de ácido, forman ácidos hidroxámicos, que pueden ser fácilmente reconocibles al ser tratados con cloruro férrico, por formar hidroxamatps férricos de coloración rojo-azulosa.

. Alcoholes.

•  Ensayo con ácido nitrocrómico.

Como el compuesto no es soluble en agua se añadió directamente al ácido nitrocrómico y se agitó fuertemente, pero no se observó ninguna reacción, por lo tanto la prueba fue negativa.

. Eteres.

•  Ensayo del yodo en bisulfuro.

Los éteres cambian la coloración del yodo en CS2; algunos otros compuestos también lo hacen, pero los hidrocarburos no. La prueba dio negativa, no se observó ningún cambio en la coloración, ni ningún tipo de reacción.

. Aldehídos y cetonas.

La prueba dio negativa, no se observó ningún tipo de reacción. No se observó ningún precipitado amarillo naranja o amarillo rojizo, lo cual es prueba positiva para aldehídos y cetonas.

9- Discusión de resultados.

Según los resultados obtenidos anteriormente, las pruebas negativas para los grupos funcionales de los alcoholes, éteres, ésteres, anhídridos y positivas para los ácidos carboxílicos se optó por realizar el equivalente de neutralización para averiguar así el peso molecular de la muestra.

El peso molecular de un ácido está relacionado con el equivalente de neutralización, por el número de grupos ácidos presentes en la molécula.

Calculando el equivalente de neutralización con los resultados obtenidos se tiene:

P(peso de la muestra en gramos): 0.0959

V(volumen de NaOH gastado en la titulación): 8 ml

N(normalidad del NaOH):0.101N

Equivalente de neutralización = (0.0959*1000)/ (8*0.101)=118.68eq-gr

Por mayor seguridad se repitió el equivalente de neutralización y se tuvo mayor precaución y los resultados fueron los siguientes:

P(peso de la muestra en gramos): 0.1223

V(volumen de NaOH gastado en la titulación): 9.8ml

N(normalidad del NaOH): 0.101N

Equivalente de neutralización = (0.1223*1000)/(9.8*0.101)=123.56eq-gr

Conclusión:

Habiéndose comprobado que el grupo funcional es un grupo carboxilo entonces según la Handbook, se buscaron ácidos carboxílicos según el punto de fusión obtenido, según la insolubilidad en el agua, la solubilidad en alcohol y la solubilidad en éter para ser característicos los siguientes compuestos:

Ácido dietil malónico, con un punto de fusión de 125ºC

Estructura molecular:

 

 

 

Con un peso molecular de: 160.17 gramos, por lo tanto su equivalente es: 80.08

Insoluble en agua, soluble en alcohol y éter.

Ácido succínico, con un punto de fusión de 129º.

Estructura molecular:

 

 

 

 

Con un peso molecular de 146 gramo, por lo tanto su equivalente es : 73

Es insoluble en agua, soluble en alcohol y éter.

Ácido benzoico, con un punto de fusión de 121.2º.

Estructura molecular:

 

 

 

Con un peso molecular de 122 gramos y por lo tanto un equivalente de 122.

Es insoluble en agua, soluble en alcohol y éter.

El ácido dietilmalónico y succínico los escogí por sus características de solubilidad y de punto de fusión y argumentando que la prueba de aromaticidad fue negativa; sin embargo, el equivalente de éstos dos compuestos no coincide con el obtenido.

El ácido benzoico lo escogí por su punto de fusión, sus características de solubilidad y por su equivalente que se encuentra en un rango muy próximo al obtenido, pero como la prueba de aromaticidad que realicé dio negativa y argumentando que hubiese cometido algún error, éste también podría ser otra opción.

10 - Química Orgánica - Introducción

La química orgánica de define actualmente como la química de los compuestos del carbono.

Aún cuando los compuestos orgánicos no necesitan de una fuerza vital, se siguen diferenciando los inorgánicos. La característica principal de los compuestos orgánicos es que todos contienen uno o más átomos de carbono. A diferencia de la mayor parte de los demás elementos, el carbono forma enlaces fuertes con otros átomos de carbono, y con gran variedad de otros elementos. Se pueden construir cadenas y anillos de átomos de carbono para formar una infinita variedad de moléculas.

Como los compuestos orgánicos se han convertido en una gran rama de la química, es importante profundizar y conocer cada vez más los comportamientos, paso a paso, en éste informe se estudiarán los ácidos carboxílicos que hacen parte de los compuestos orgánicos.

11- Objetivos

•  Hacer un estudio sobre las propiedades físicas de los ácidos carboxílicos

•  Analizar las propiedades químicas de los ácidos carboxílicos.

•  Buscar una explicación, a los comportamientos observados en los laboratorios realizados a ésta clase de compuestos.

12- Bibliografía

H. DUPONT Durts. QUIMICA ORGANICA EXPERIMENTAL. Editorial Reverté, S.A. Barcelona, España.

RAY Q BRUWSTER. QUIMICA ORGANICA. Compañía editorial continental, S.A. México. D.F.1970.

L.G. WADE, JR. QUIMICA ORGANICA. México.

HANDBOOK.

Trabajo enviado por :
Angelica María Candela