PRUEBAS QUÍMICAS PARA IDENTIFICAR UNA SUSTANCIA DESCONOCIDA

UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE CHIRIQUÍ

FACULTAD DE CIENCIAS NATURALES Y EXACTAS

ESCUELA DE FARMACIA

PROF. WILLIAM DE GRACIA



IDENTIFICACIÓN DE COMPUESTOS DESCONOCIDOS

Uno de los retos más excitantes que enfrentan químicos e ingenieros químicos es la identificación de los compuestos orgánicos. Hasta la fecha se han preparado o aislado aproximadamente cinco millones de compuestos orgánicos. En este experimento se utilizarán las pruebas básicas de ignición, de solubilidad y químicas, que pueden usarse para identificar los principales grupos funcionales. Estos grupos incluyen alcanos, alquenos, halogenuros de alquilo y arilo, alcoholes, aldehídos, cetonas, ácidos carboxílicos, derivados de ácidos y aminas. Al llevar a cabo el análisis de un compuesto desconocido se debe seguir un enfoque sistemático. Una secuencia posible es la siguiente:

Pruebas para propiedades físicas

CARACTERÍSTICAS FÍSICAS 

Anotar en la libreta las características físicas de su muestra. Incluir estado físico, color, olor, otros. Ya que la mayoría de los compuestos orgánicos no tienen color, esta característica puede ser un dato importante para la identificación de la muestra. Sin embargo, se debe interpretar con precaución, pues la presencia de pequeñas cantidades de impurezas puede colorear una muestra.

SOLUBILIDAD

Las pruebas de solubilidad ayudan a determinar el grupo funcional que puede tener el desconocido. Información importante que se debe considerar:

ü  Compuestos que contienen cuatro (4) o menos carbonos y también contienen oxigeno, nitrógeno o azufre son solubles en agua.

ü  Si el compuesto es soluble en una solución 5 % HCl, existe una alta probabilidad de que el desconocido es una amina.

ü  Compuestos que se disuelven en bicarbonato de sodio son ácidos fuertes.

ü  Compuestos que se disuelven en NaOH son ácidos débiles.

ü  Alcoholes, aldehídos y cetonas, incluidos en este experimento, son solubles en ácido sulfúrico concentrado.

Las determinaciones de solubilidad se deben llevar a cabo a temperatura ambiente en tubos de ensaye pequeños.

Para hacer las pruebas, coloque 15 mg de muestra en un tubo de ensaye y añada, con una pipeta beral, 0.5 mL del solvente que se está probando, dividiéndolo en tres porciones. Después de añadir cada porción, agite la muestra vigorosamente con una varilla de vidrio por 1-2 minutos.

Al realizar las pruebas de solubilidad, siga el siguiente esquema.

http://www.youtube.com/watch?v=p5X67Rpn4Xk

PUNTO DE FUSIÓN

Se calientan los reactivos por separado hasta llegar al punto de ebullición y con el termómetro ver cuál es su temperatura para comparar.

Los compuestos orgánicos presentan puntos de ebullición más bajos que los compuestos inorgánicos y eso también los diferencia.

ü  Si el compuesto problema es un líquido, se determina su punto de ebullición mediante el siguiente procedimiento:

1. La muestra se pone en un tubo pequeño (4 x 0.5 cm) que contiene un tubo capilar sellado e invertido.

2. Se sujeta el tubo al termómetro con una ruedita de hule cortada de una manguera.

3. El termómetro se pone, sujetándolo con una pinza, en un vaso de precipitados de 10 mL conteniendo aceite mineral. La muestra debe quedar sumergida en el aceite pero éste no debe tocar la liga.

4. Se calienta lentamente con parrilla.

5. El punto de ebullición es la temperatura a la que sale un rosario de burbujas de aire del capilar o, mejor aún, la temperatura a la que salen las últimas burbujas y entra líquido al capilar cuando se suspende el calentamiento.

ü  Si su muestra desconocida es una sustancia sólida, determine su punto de fusión en un aparato de Fisher-Jones.

PRUEBAS DE IGNICIÓN

La prueba de ignición se lleva a cabo colocando 1-2 mg de muestra en la punta de una espátula y calentándolos en un mechero. No coloque la muestra directamente en la flama, caliente la espátula como a un centímetro y acerque lentamente a la flama.

Características de los residuos

a. Si permanece un residuo negro que desaparece al seguir calentando a mayores temperaturas, el residuo es carbono.

b. Si el residuo se expande durante la ignición, es indicativo de la presencia de un carbohidrato o compuesto similar.

c. Si el residuo es inicialmente negro y permanece así después de continuar el calentamiento, es indicativo del óxido de un metal

d. Si el residuo es blanco, es indicativo de la presencia del carbonato de un metal alcalino o alcalino-térreo o de SiO2 que proviene de un silano o silicona.

http://www.youtube.com/watch?v=pUB3MolCrPA

                                                                                                     

ü  SI DETERMINA QUE SU DESCONOCIDO ES UN COMPUESTO ORGÁNICO, PROCEDA A REALIZAR LAS SIGUIENTES PRUEBAS:

• PRUEBA QUÍMICA PARA NITRÓGENO

La prueba con cal sodada (mezcla de cal e hidróxido de sodio) se usa para detectar la presencia de nitrógeno en compuestos orgánicos. En un tubo de ensayo pequeño, mezcle 50 mg de cal sodada y 50 mg de MnO2. Añada una gota del líquido desconocido o 10 mg si es un sólido. Coloque una tira húmeda de papel pH o papel tornasol rojo sobre la boca del tubo. Sostenga el tubo con unas pinzas para el tubo de ensayo, y caliente el contenido, haciendo un ángulo, suavemente al principio y después vigorosamente. Los compuestos que contienen nitrógeno desprenden amoniaco. La prueba positiva se observa cuando el papel cambia a azul.

PRUEBAS DE CLASIFICACIÓN

Se han desarrollado pruebas para clasificar los compuestos orgánicos por los grupos funcionales que contienen.

GRUPOS FUNCIONALES	PRUEBAS
Alcoholes	Prueba con nitrato cérico       Oxidación de Jones       Prueba de Lucas
Hidrocarburos insaturados	Bromo en CCl4       Prueba de Baeyer
Halogenuros de alquilo	Yoduro de sodio en acetona
Aldehídos y Cetonas	2,4-dinitrofenilhidrazina       Prueba de Tollens       Prueba del yodoformo
Ácidos carboxílicos	Detección de solución ácida       Reacción con bicarbonato
Aminas	Prueba con ión cobre
Fenoles	Prueba con ión férrico

• PRUEBAS PARA ALCOHOLES

http://www.youtube.com/watch?v=1ulkoVuYoSA

PRUEBA CON NITRATO CÉRICO

En esta prueba los alcoholes que contienen menos de 10 átomos de carbono, ya sean primarios, secundarios o terciarios, dan una prueba positiva, lo que se observa por un cambio de color de amarillo a rojo.

(NH4)2Ce(NO3)6 + ROH → [alcohol + reactivo] amarillo (<C10) complejo rojo

Coloque cinco gotas del reactivo en un tubo de ensaye pequeño. (El reactivo se prepara disolviendo 4.0 g de nitrato cérico amónico en 10 mL de HNO3 2M; puede ser necesario calentar). Añada una o dos gotas de la muestra a examinar (5 mg si es un sólido). Agite la mezcla con una varilla de vidrio para mezclar los componentes y observe cualquier cambio de color.

OXIDACIÓN DE JONES

La oxidación de Jones es una prueba rápida para distinguir alcoholes primarios y secundarios de los terciarios. La prueba positiva se observa por el cambio del color de naranja (Cr+6) a azul-verde (Cr+3):

RCH2OH (o R2CHOH) + H2Cr2O7 + H2SO4 → Cr2(SO4)3 + RCO2H (o R2C=O) naranja verde azuloso

La prueba se basa en la oxidación de un alcohol primario (o un aldehído) a un ácido y la de un alcohol secundario a una cetona.

En un tubo de ensayo pequeño coloque 1 gota de la muestra a examinar o 10 mg del sólido y añada 10 gotas de acetona. Agite la mezcla con una varilla de vidrio y añada 1 gota del reactivo de Jones (preparada añadiendo 1 g de CrO3 en 1 mL de H2SO4 concentrado a 3 mL de agua). Agite y observe cualquier cambio de color.
http://www.youtube.com/watch?v=Sc_jeWDlqSM

PRUEBA DE LUCAS

Esta prueba se usa para distinguir entre alcoholes primarios, secundarios y terciarios que tienen menos de seis o siete átomos de carbono. La reacción es:

R-OH + HCl + ZnCl2 → RCl (insoluble) + H2O

La prueba requiere que el alcohol esté inicialmente en solución. Conforme la reacción se lleva a cabo, se forma el cloruro de alquilo correspondiente, el cual es insoluble en la mezcla de reacción. Como resultado, la solución se enturbia. En algunos casos se observa una fase diferente.

a) Los alcoholes terciarios, alílicos y bencílicos reaccionan de inmediato y provocan turbidez en la solución. Es posible ver una fase diferente del cloruro de alquilo.

b) Los alcoholes secundarios generalmente producen turbidez en 3-10 minutos. La solución puede requerir calentamiento para observar una prueba positiva.

c) Los alcoholes primarios se disuelven en el reactivo pero reaccionan muy, muy lentamente, de tal modo que a los 10 minutos la solución permanece clara.

Coloque dos gotas de la muestra a examinar (10 mg si es un sólido) en un tubo de ensayo pequeño, seguidas de 10 gotas del reactivo de Lucas. (Este reactivo se prepara disolviendo 13.6 g de ZnCl2 anhidro en 10.5 mL de HCl concentrado mientras se enfría en un baño de hielo). Agite la mezcla con una varilla de vidrio y deje en reposo. Observe los resultados.
http://www.youtube.com/watch?v=SZJKwU6gy7U&feature=related

• PRUEBAS PARA HIDROCARBUROS INSATURADOS

BROMO EN TETRACLORURO DE CARBONO

Los hidrocarburos insaturados (los que contienen dobles y triples ligaduras entre átomos de carbono) sufren reacciones de adición con bromo:

La prueba se basa en la decoloración de una solución café rojizo de bromo en cloruro de metileno.http://www.youtube.com/watch?v=zATHYwfg9HQ&feature=related

PRECAUCIÓN: Lleva a cabo la siguiente prueba dentro de una campana bien ventilada. El bromo es muy tóxico y puede causa quemaduras graves. Los hidrocarburos halogenados son tóxicos.

En un tubo de ensaye pequeño preparado con una pipeta Pasteur, coloque dos gotas de la muestra a examinar (o 15 mg si es sólido) seguido por 0.5 mL de cloruro de metileno. Agregue gota a gota y agitando, una solución al 2% de bromo en tetracloruro de carbono. Si hay presente un hidrocarburo insaturado, la solución requerirá dos o tres gotas del reactivo antes de que el color café rojizo del bromo persista. En la ausencia de un hidrocarburo insaturado, la solución mantiene el color desde el principio.

Los fenoles, enoles, aminas, aldehídos y cetonas interfieren con esta prueba pues pueden dar resultados positivos.

PRUEBA DE BAEYER

Una insaturación en un compuesto orgánico puede detectarse por la decoloración de una solución de permanganato. La reacción produce un glicol (1,2-diol).

En un tubo de ensaye coloque 0.5 mL de acetona libre de alcohol seguida de dos gotas de la muestra a examinar (15 mg si es un sólido). Añada gota a gota y agitando dos o tres gotas de una solución acuosa de KMnO4 al 1%. La prueba positiva será la desaparición del color púrpura del reactivo y la formación de un precipitado café de óxido de manganeso. http://www.youtube.com/watch?v=l4bBDegyQd0&feature=related

Algunos grupos funcionales que sufren oxidación con permanganato interfieren con la prueba (fenoles, aminas aromáticas, aldehidos, alcoholes primarios y secundarios).

• PRUEBAS DE HALOGENUROS ALIFÁTICOS

YODURO DE SODIO EN ACETONA

Los cloruros y bromuros de alquilo primarios pueden distinguirse de los aromáticos por la reacción siguiente:

R-X + NaI → R-I + NaX↓ en donde X = Cl, Br

.

En un tubo de ensayo pequeño coloque 1 gota (o 10 mg) de la muestra a examinar en tres gotas de acetona. Añada 0.5 mL del reactivo de yoduro de sodio en acetona (preparado disolviendo 3 g de NaI en 25 mL de acetona). La prueba positiva consiste en la aparición de un precipitado de NaX en 5 minutos. Si no se observa precipitado, añada una piedra de ebullición y caliente a ~50oC por 5 minutos. Deje enfriar y observe si la prueba es positiva.

Los bromuros de alquilo primarios sufren una reacción SN2 en 5 minutos a temperatura ambiente, mientras que los cloruros de alquilo primarios requieren 50oC. Los halogenuros de alquilo primarios, los cloruros y bromuros bencílicos, los cloruros y bromuros de ácido, las α-halocetonas, α-haloamidas y α-halonitrilos dan la prueba positiva en 5 minutos, a temperatura ambiente. Los cloruros de alquilo primarios y secundarios y los bromuros secundarios y terciarios reaccionan a 50oC.

• PRUEBAS PARA ALDEHÍDOS Y CETONAS

PRUEBA DE 2,4- DINITROFENILHIDRAZINA

Los aldehidos y las cetonas reaccionan rápidamente con 2,4-dinitrofenilhidrazina para formar 2,4-dintrofenilhidrazonas. Estos derivados varían de color desde el amarillo intensa hasta el rojo, dependiendo del número de dobles ligaduras conjugadas en el compuesto carbonílico.

 

Coloque siete o ocho gotas de reactivo de 2,4-dinitrofenilhidrazina en un tubo de ensaye. (Prepare el reactivo disolviendo 1.0 g de 2,4-dinitrofenilhidrazina en 5.0 mL de ácido sulfúrico concentrado. Añada esta solución lentamente y agitando, a una mezcla de 10 mL de agua y 35 mL de etanol al 95%). Añada una gota de la muestra a examinar. Si es un sólido, añada una solución preparada disolviendo 10 mg del compuesto en 10 gotas de etanol. Agite la mezcla con una varilla de vidrio. La formación de un precipitado rojo o amarillo constituye una prueba positiva.
http://www.youtube.com/watch?v=vsLjurUqO5E

PRUEBA DE TOLLENS

Esta prueba implica la oxidación de los aldehídos al ácido carboxílico correspondiente, utilizando una solución alcohólica de nitrato de plata amoniacal. La prueba positiva consiste en la formación de un espejo de plata o un precipitado negro de plata.

Esta prueba sólo se lleva a cabo si ya se determinó la presencia de un carbonilo (aldehído o cetona) en un compuesto.

En un tubo de ensaye coloque 1 mL de una solución acuosa de AgNO3 al 5%, seguido de 1 gota de una solución acuosa de NaOH al 10%. Ahora añada hidróxido de amonio concentrado, gota a gota (2 a 4 gotas) agitando, hasta que el precipitado de óxido de plata se disuelva. Añada 1 gota (o 10 mg) de la muestra a examinar, agitando, y deje reposar durante 10 minutos a temperatura ambiente. Si no hay reacción, coloque el tubo en un baño de arena a 40oC durante 5 minutos.
http://www.youtube.com/watch?v=c-euZBLzhvU&feature=related

PRUEBA DEL YODOFORMO

Esta prueba se lleva a cabo si ya se determinó la presencia de un aldehido o cetona en la muestra problema.

La prueba del yodoformo implica primero la triple sustitución de los hidrógenos del metilo, seguida de una ruptura (hidrólisis alcalina) del enlace entre el carbono del carbonilo y el del trihalometilo, formándose así un precipitado amarillo de yodoformo (CHI3).

También es una prueba positiva para compuestos que, por oxidación, dan una metil cetona (o acetaldehído) en estas condiciones de reacción. Por ejemplo, metilalquilcarbinoles (RCHOHCH3) como el alcohol isopropílico, así como el acetaldehído y el etanol dan prueba positiva.

En un vial cónico equipado con un condensador de aire, coloque 2 gotas (o 10 mg) de un líquido a examinar, seguido de 5 gotas de KOH al 5% en solución acuosa. Si la muestra es insoluble en agua, mezcle vigorosamente o añada dioxano para obtener una solución homogénea. Caliente la mezcla en un baño de arena a 50-60oC y añada reactivo de KI-I2 gota a gota hasta que la solución adquiera un color café obscuro (∼1mL). Añada KOH al 10% hasta que la solución esté incolora. Después de calentar por 2 minutos, enfríe la solución y determine si se ha formado un precipitado amarillo. Si no se ha formado, caliente por 2 minutos más. Enfríe y observe el resultado.

• PRUEBAS PARA ÁCIDOS CARBOXÍLICOS

PRUEBA DEL LITMUS

Una solución acuosa del ácida o será ácida al papel litmus, es decir, el papel tornasol azul o el papel pH cambiarán a rojo, cuando se coloca en él una gota de la solución.

Lleve a cabo la prueba con ácido acético y con su compuesto desconocido. Registre sus observaciones en la tabla de resultados.

PRUEBA DEL BICARBONATO

Una pequeña cantidad del compuesto a examinar se coloca en un pequeño vidrio de reloj y se añade una solución de bicarbonato de sodio al 10%. Si es un ácido, se observa el desprendimiento de burbujas de CO2.

• PRUEBA PARA LAS AMINAS

PRUEBA CON EL IÓN COBRE

Las aminas dan una coloración verde-azul o un precipitado cuando se añaden a una solución de sulfato de cobre acuoso.

En un tubo de ensaye coloque 0.5 mL de una solución de sulfato de cobre al 10% y añada 1 gota (o 10 mg) de la muestra a examinar. Una coloración azul-verde o un precipitado constituyen una prueba positiva. El amoniaco también da prueba positiva.

• PRUEBA PARA FENOLES

PRUEBA CON IÓN FÉRRICO

La mayoría de los fenoles y enoles forman complejos coloridos en la presencia del ión férrico. Los fenoles dan colores rojo, azul, púrpura o verde.

En un tubo de ensaye coloque dos gotas de agua, o 1 gota de agua y 1 de etanol, o 2 de etanol, de acuerdo a la solubilidad de la muestra a examinar. Añada una gota de la muestra si es líquida o 10 mg si es sólida. Agite la mezcla con una varilla de vidrio. Añada una gota de una solución acuosa de FeCl3 acuoso al 2.5%. Agite y observe la formación de color. Si es necesario, añada una segunda gota de FeCl3.
http://www.youtube.com/watch?v=M28R4qNuzL0

REACCIONES DE IDENTIFICACIÓN

	2,4-DNPH	Tollens/ Fehling/ Benedict	Yodoformo	Ácido/base1	Lucas2	Br2, o KMnO4	Jones
Alcano
Alqueno						+
Alquino						+
alcohol 1º							+
alcohol 2º					+		+
alcohol 3º					+
fenol3				+
Aldehído	+	+					+
Cetona	+
metil cetona4			+
éster5
Éter
ácido carboxílico				+
Amina				+
Amida

ü 









































Algunas pruebas  se pueden apreciar: http://www.youtube.com/watch?v=3Ni-9T5D4Ho

CONCLUSIÓN

La investigación cualitativa de la presencia de elementos presentes en sustancias orgánicas es de gran importancia para la identificación de una muestra desconocida y es básica para los posteriores ensayos de caracterización; en algunos casos proporciona una primera idea sobre la clasificación por su solubilidad y además, los posibles grupos funcionales que existen en el compuesto.

Para la industria farmacéutica el papel de la química orgánica es papel preponderante, ya que una gran parte de los principios activos de los medicamentos actuales en el mercado son producto de la investigación en síntesis orgánica para el ataque de una gran cantidad de enfermedades. Sin la química orgánica es probable que tendríamos que buscar otras opciones para la cura de enfermedades y aun más para su prevención, ya que si observamos las cajas de medicinas, el 99% de los principios activos son precisamente orgánicos.