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solubilidad de

mpuestos orgánic 5 COMPORTAMIENTO DE SOLUBILIDAD DE COMPUESTOS ORGÁNICOS

COMPORTAMIENTO DE SOLUBILIDAD DE

5 COMPUESTOS ORGÁNICOS

Introducción

La interpretación de pruebas de

solubilidad de un compuesto or-

gánico en ciertos disolventes ge-

neralmente conduce hacia una

información más específica acer-

ca del o los grupos funcionales

presentes en su estructura, así

como de su polaridad y sus ca-

racterísticas ácido base.

La solubilidad de una sustan-

cia es una medida del equilibrio

entre la sustancia pura y su di-

solución. Dicho equilibrio se ve

afectado no solo por las interac-

ciones del disolvente y el soluto,

sino también por las fuerzas in-

termoleculares en el soluto puro.

Es conveniente diferenciar entre

solubilidad y una reacción quími-

ca, en algunos casos la reacción

química va acompañada de un

cambio de color, producción de

calor, formación de un precipita-

do o desprendimiento de un gas.

En tanto que la solubilidad impli-

ca que se disuelva un soluto en

un disolvente, donde las unida-

des estructurales iones o molé-

culas se separan unas de otras y

el espacio entre ellas es ocupado

por moléculas del disolvente.

(Eaton, D.C., 1989).

En general, un aumento en el

peso molecular produce un au-

mento en las fuerzas intermole-

culares de un sólido, los políme-

ros y otros compuestos de peso

molecular elevado, presentan

bajas solubilidades en agua y

éter.

Un compuesto de cadena ramifi-

cada es más soluble que el com-

puesto correspondiente de cade-

na recta, esto es debido a que la

ramificación reduce las fuerzas y

las atracciones intermoleculares,

por lo tanto, la posición del grupo

funcional en la cadena carbona-

da también afecta la solubilidad.

(Shriner, R.L., 2013).

Se puede obtener información

preliminar de una sustancia,

mediante el estudio de su com-

portamiento de solubilidad y/o

reacción en agua, disoluciones

de hidróxido de sodio al 5 %, bi-

carbonato de sodio al 5 %, ácido

clorhídrico al 5 % y con ácido sul-

fúrico concentrado frío.

Ensayo de solubilidad en ácidos y bases acuosos

Colocar en diferentes tubos de ensayo 1 o 2 gotas (si la muestra es líquida) ó 25 mg (si la muestra es sólida) del compuesto orgánico. Agregar en los diferentes tubos con la muestra, 0.75 mL de las disoluciones de hidróxido de sodio al 5%, bicar- bonato de sodio al 5%, y ácido clorhídrico al 5%, res- pectivamente y agitar después de cada adición. Realizar las pruebas a temperatura ambiente.

Ensayo de solubilidad en ácido sulfúrico concentrado:

Colocar en un tubo de ensayo 1 o 2 gotas (si la muestra es líquida) ó 25 mg (si la muestra es sólida) del com- puesto orgánico.

Recomendaciones generales

Pulverizar los compuestos sólidos, utilizando un mortero con pistilo, para aumentar la velocidad de la disolución.

Mantener una proporción de disolvente a soluto, para lo cual los líquidos se miden con una pipeta graduada y los sólidos se pesan.

Cuando dos líquidos son incoloros, pueden no distinguirse las dos fases si son inmiscibles, en este caso es conve- niente agitar el tubo de ensayo con fuerza, si hay dos fases, la disolución se volverá turbia.

El tiempo de agitación requerido para que una sustancia desconocida se disuelva no debe ser mayor a uno o dos minutos.

Cuando se realicen las pruebas con ácido y base no debe aplicarse calor porque podría provocar hidrólisis.

Agregar cuidadosamente 0.75 mL de ácido sulfúrico concentrado y agitar después de la adición. Realizar la prueba a temperatura ambiente. Los líquidos orgánicos más ligeros pueden flotar sobre el sulfúrico concentrado en lugar de disolverse inmedia- tamente. En este caso, se debe agitar la mezcla con una varilla de vidrio. Con fines de clasificación de la solubilidad, las sustan- cias desconocidas que reaccionen con ácido sulfúrico para producir calor, cambio de color o ambos, deben clasificarse como solubles, incluso si la muestra no se disuelve (Shriner, R.L., 2013).

Una vez realizadas las pruebas, ver el esquema general y su interpretación, para determinar los posibles grupos fun- cionales presentes.

ESQUEMA GENERAL DE SOLUBILIDAD DE

COMPUESTOS ORGÁNICOS

A continuación se presenta un esquema general del comportamiento de solubilidad de los compuestos orgánicos en agua y en las disoluciones mencionadas anteriormente. (Eaton, D.C., 1989, Shriner, R.L., 2013).

Compuestos orgánicos solubles en agua

*Medir el pH de la disolución acuosa

Interpretación del esquema

Grupo 1: Solubles en agua y éter, pH ácido. Ácidos carboxílicos monofuncionales con cinco carbonos o menos, ácidos arilsulfónicos.

Grupo 2: Solubles en agua y éter, pH básico. Aminas monofuncionales con seis o menos átomos de carbono.

Grupo 3: Solubles en agua y éter, pH neutro. Alcoholes, aldehídos, cetonas, anhídridos, ésteres, ni- trilos, y amidas monofuncionales con cinco carbonos o menos, cloruros de acilo.

Grupo 4: Solubles en agua, insolubles en éter, pH ácido. Ácidos policarboxílicos muy polares para disolverse en éter, y otros compuestos como sales de amina.

Grupo 5: Solubles en agua, insolubles en éter, pH neutro. Compuestos como sales metálicas de ácidos carboxíli- cos, sales de amonio, compuestos di y polifuncionales como carbohidratos, aminoácidos y alcoholes polihídri- cos. Todos estos compuestos son polares, por lo tanto, son insolubles en éter.

Grupo 6: Insolubles en agua, solubles en NaOH al 5% y NaHCO 3 al 5%. El NaHCO 3 es una base más débil que el NaOH, los compuestos que se disuelven en NaHCO 3 al 5% deben ser apreciablemente ácidos. Este grupo incluye ácidos carboxílicos y ácidos sulfónicos, que reaccionan con el NaHCO 3 al 5% para formar una sal de sodio soluble en agua. Se produce también CO 2 como subproducto, la observación de efervescencia es la evidencia de que ocurrió una reacción. Las sales de los compuestos de alto peso molecular son insolubles. Los fenoles no son lo suficientemente ácidos para reac- cionar con NaHCO 3. Sin embargo, si el fenol tiene uno o más grupos electroatractores en posiciones orto y para respecto al grupo hidroxilo, si va a reaccionar.

Grupo 7: Insolubles en agua y en NaHCO 3 al 5%, solubles en NaOH al 5%. Compuestos débilmente ácidos, lo suficiente para re- accionar y disolverse con NaOH, como los fenoles, eno-

les, nitroalcanos primarios y secundarios, sulfonamidas, sulfonamidas de aminas primarias, ß-dicetonas, ß-diés- teres, ß-cetoésteres, imidas, oximas, tiofenoles (Ar-SH).

Grupo 8: Insolubles en agua y solubles en HCl al 5% Prácticamente todas la aminas primarias, secundarias y terciarias alifaticas son solubles en HCl al 5%, debido a la formación de un clorhidrato soluble en agua. Sin embargo, las diaril y triaril aminas no se disuelven, por diferentes razones; las diaril aminas reaccionan con HCl al 5%, pero el clorhidrato de la amina no es solu- ble en agua debido a su tamaño y las triaril aminas no reaccionan con el HCl al 5%.

Grupo 9: Insolubles en agua, en NaOH al 5% y HCl al 5%, contienen nitrógeno y/o azufre y son reducibles. Compuestos nitro aromáticos, los cuales se reducen a aminas y frecuentemente son de color amarillo.

Grupo 10: Insolubles en agua, en NaOH al 5% y HCl al 5%, contienen nitrógeno y/o azufre y son hidrolizables. Incluyen amidas, nitrilos, y sulfonamidas de aminas secundarias, estos se disuelven en H 2 SO 4 concentrado porque son débilmente básicos y por lo tanto pueden ser protonados por el ácido.

Grupo 11: Insolubles en agua y solubles en H 2 SO (^4) concentrado. Incluyen alcoholes, aldehídos, cetonas, ésteres, la ma- yoría de éteres, alquenos, alquinos y anhídridos. Se di- suelven en H 2 SO 4 concentrado porque son débilmente básicos y por lo tanto pueden ser protonados por el áci- do.

Grupo 12: Insolubles en agua y H 2 SO 4 concentrado. Incluyen halogenuros de alquilo y arilo, hidrocarburos aromáticos, alcanos, diaril éteres. Los diaril éteres se incluyen porque el par de electrones del oxígeno están deslocalizados en el anillo aromático y por lo tanto, no están disponible para compartir con el H 2 SO 4 concentrado. Algunos hidrocarburos, sin em- bargo, se pueden sulfonar con H 2 SO 4 concentrado y se disuelven.

— Criddle, W.J., Ellis G.P. (1990). (3 a^ ed.) United States of America: John Wiley & Sons. — Eaton, D.C. (1989). United States of America: MCGraw-Hill. — Haynes, B. (1966). (2 a^ ed.) London: Macmillan. — Shriner, R.L. (2013). (2a^ ed.). México: Limusa Wiley.

*Fotografía: Castro, M. y Miranda, C. (2017). UNAM, FES Cuautitlán.

Handbook.

Espectral and chemical characterization of organic compounds: A laboratory

REFERENCIAS

Laboratory investigations in organic chemistry. Qualitative organic analysis. Identificación sistemática de compuestos orgánicos.