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PRÁCTICA NÚMERO 10: OBTENCIÓN DE N-BUTIRALDEHIDO POR OXIDACIÓN DE
N-BUTANOL.
Flurscheim López Ana Paula, Vanessa Khin Mondragón H, Cardona Rosario Beatriz, Domínguez Martínez César Alejandro, Bernal Pfennich Raúl Alonso Asignatura: Aplicaciones Farmacéuticas de las Reacciones Orgánicas Licenciatura: Q.F.B.T Periodo 2019 - 2 Fecha de entrega: 21 de Octubre del 2019 Docente: Alberto Ramírez Murcia RESUMEN La oxidación de alcoholes a aldehídos o cetonas es una reacción muy útil. El ácido crómico y diversos complejos de CrO3 son los reactivos más útiles en los procesos de oxidación en el laboratorio. En esta práctica se empleó una columna de destilación fraccionada, para lograr, a través del relleno, una mayor superficie de intercambio de calor y masa en las condiciones de equilibrio, entre el vapor ascendente, rico en butiraldehído y el liquido descendente, rico en agua y butanol. Palabras Clave: oxidación, alcohol, aldehído, columna de destilación. INTRODUCCIÓN Los alcoholes son compuestos orgánicos importantes por que el grupo hidroxilo se puede convertir en prácticamente cualquier otro grupo funcional. En la siguiente tabla se resume los tipos de reacciones que experimentan los alcoholes y los productos que se obtienen. Tipos de reacciones de los alcoholes: Los alcoholes primarios pueden ser oxidados a aldehídos y ácidos carboxílicos dependiendo de las condiciones que se utilicen. Los alcoholes secundarios pueden ser oxidados a cetonas únicamente.
De entre la gran variedad de agentes oxidantes para compuestos orgánicos que se han descubierto, los más comúnmente usados son derivados de cromo hexavalente (CrVI) o manganeso heptavalente. El reactivo que más frecuentemente se utiliza para la oxidación de alcoholes a aldehídos o cetonas es el ácido crómico H2CrO4. El ácido crómico se prepara generalmente in situ, adicionando óxido crómico (CrO3) o dicromato de sodio (Na2Cr2O7) al ácido sulfúrico o ácido acético. El mecanismo mediante el cual ocurre la oxidación se ha estudiado ampliamente y aunque todavía no se conocen los detalles completos se supone que procede a través de la formación de un cromatoéster proveniente del alcohol y el ácido crómico. En esta etapa no ocurre ningún cambio en el estado de oxidación. La formación del producto puede ocurrir por dos mecanismos alternativos: por abstracción de un protón por una base y eliminación de un ion HCrO3- o por un mecanismo concertado, en donde uno de los oxígenos del cromo abstrae el protón. El cromo IV formado mediante el mecanismo anterior reacciona rápidamente con cromo VI para producir dos equivalentes de cromo V, el cual tiene también la capacidad de oxidar alcoholes a cetonas o aldehídos Para evitar que a partir de la oxidación de alcoholes primarios llegue hasta ácidos carboxílicos, sino que se detenga en el aldehído es necesario controlar la oxidación del compuesto del compuesto formado, evitando en lo posible, el contacto del aldehído producido con el reactivo oxidante. Es factible utilizar la técnica de destilación ya que estos tienen temperaturas de ebullición más bajas que los alcoholes de peso molecular semejante. Esto se debe a que los aldehídos, a diferencia a los alxoholes, no tienen enlaces O-H y por tanto, sus moléculas no pueden formar puentes de hidrógeno entre sí. AGENTES OXIDANTES Los alcoholes primarios y secundarios se oxidan fácilmente mediante distintos tipos de reactivos, incluyendo reactivos de cromo, permanganato, acido nítrico, e incluso lejía (NaOCl, hipoclorito de sodio). La elección de un reactivo depende de la cantidad y el valor del alcohol. Se utilizan oxidantes baratos para las oxidaciones a gran escala de alcoholes simples y baratos. Los reactivos selectivos y más efectivos, se utilizan, independientemente del coste, para alcoholes valiosos, de alto valor añadido y que puedan tener otros grupos funcionales. Algunos ejemplos son: ❖ Peróxido, compuesto químico que contiene dos átomos de oxígeno enlazados, O-O. Algunos de estos productos tienen aplicaciones importantes en tecnología química como agentes oxidantes.
Hay dos razones principales para esta diferencia en reactividad. La primera razón es estérica. El átomo de carbono carbonilo está más impedido en las cetonas que en los aldehídos. En la adición nucleofílica, los grupos que están unidos se acercan más debido a que la hibridación cambia de sp2 a sp3 y los ángulos de enlace disminuye de 120° a 109.5°. Las adiciones sobre aldehídos involucran menor tensión que las adiciones sobre cetonas, ya que uno de los grupos (H) es pequeño. La segunda razón es electrónica. Con respecto a la estabilidad de los Carbocationes, los grupos alquil generalmente ceden electrones, comparados con el hidrógeno. Por lo tanto, tienden a neutralizar la carga parcial positiva del carbono el carbono carbonílico, lo que disminuye su reactividad hacia los nucleófilos. Las cetonas tienen dos grupos alquilos, mientras los aldehídos solo tiene uno. Sin embargo, si los grupos unidos atraen hacia sí fuertemente los electrones, tienen el efecto contrario y aumenta la reactividad de los carbonilos hacia los nucleófilos. OBJETIVOS ● Ejemplifica el método para obtener aldehídos alifáticos mediante la oxidación de alcoholes. ● Caracteriza el aldehído obtenido mediante la formación de un derivado sencillo. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ¿Por que se obtiene un aldehido por medio de la oxidación del N- butanol?
HIPÓTESIS
Si la oxidación de alcoholes da lugar a cetonas y ácidos carboxílicos, entonces se entiende que son grupos funcionales que experimentan una gran variedad de reacciones de adición. JUSTIFICACIÓN Al realizar una oxidación, los alcoholes como son un compuesto orgánico pueden convertirse en cualquier otro grupo funcional, experimentando diversas reacciones de deshidratación a alquenos, de oxidación a cetonas y aldehídos, etc. METODOLOGÍA
RESULTADOS:
Figura 1. Se colocó un sistema de destilación fraccionada con un embudo de separación insertando en un matraz bola 3.2ml de n-butanol y en un embudo de separación se colocó dicromato de potasio y ácido sulfúrico. Figura 2. Se fue agregando poco a poco el ácido sulfúrico al matraz bola para que la reacción comienza observando un cambio de color negro. Figura 3. Se calentó hasta 85°C el n-butanol con ebullición suave hasta observar que salgan los vapores y comience el destilado del mismo. Figura 4. Se obtuvieron 8ml de aldehído a partir del destilado fraccionado. ANÁLISIS DE RESULTADOS: Se realizó la obtención de butaldehído a partir de n-butanol por la técnica de oxidación de alcoholes primarios a aldehídos. La primer reacción que se hace es una reacción ácido-base entre el dicromato de potasio y el ácido sulfúrico para dar lugar a la formación del ácido crómico con 2 moles del mismo. Se calcularon los 12 moles producidos en la tabla anterior y se puede observar que se tienen menos moles de permanganato que de los demás reactivos, por lo tanto este es el reactivo limitante. El mecanismo de la oxidación por ácido crómico da a la formación de un éster entre el ácido crómico y el alcohol, es decir forma el éster crómico del butanol, el cuál experimenta después una eliminación produciendo así el doble enlace del grupo carbonilo y da lugar al aldehído. Al producirse la oxidación, se oxida el alcohol y por lo tanto se reduce el cromo. Ya que los moles del alcohol inicialmente son mayores a los del cromo (ácido crómico formado), por lo tanto, no continúa la oxidación y por esta razón el aldehído ya no se oxida hasta formar un ácido. Se pudo observar cómo al irse oxidando el cromo se formaba una sustancia negra viscosa la cual se separó el butaldehído por medio de una destilación fraccionada, se obtuvo el producto a 58ºC, aunque la técnica decía que debía ser aproximadamente a 75º, que es el p.e. del butaldehido, pero considerando que esa temperatura se toma a nivel
