Clasificacion por solubilidades

“Clasificación de Compuestos Orgánicos por Solubilidad”

Zamora, Paulina

Laboratorio de Orgánica III, Departamento de Química

Universidad Tecnológica Metropolitana

Fundamentación Teórica

Para la caracterización de compuestos orgánicos, una de las propiedades que mas se utiliza es el comportamiento de solubilidad en diferentes solventes. El tamaño molecular y en especial la estructura en torno al grupo funcional de un compuesto orgánico determinan qué tipo de solventes puede o no disolverlo. La presencia o ausencia de ciertos grupos funcionales determina la posibilidad de interacción de estos grupos con las moléculas de solvente.

Independientemente de las causas de la disolución del compuesto que se investiga, se considera que hay disolución cuando 0,05g de la sustancia sólida o 0,1 ml de la sustancia líquida forman una fase homogénea a la temperatura ambiente con 3 ml de solvente.

Tres clases generales de información pueden obtenerse acerca de una substancia desconocida por el estudio de su comportamiento de solubilidad en varios líquidos como: agua, solución de hidróxido de sodio al 5%, solución de bicarbonato de sodio al 5%, acido clorhídrico al 5% y acido sulfúrico concentrado. Primero, frecuentemente se señala la presencia de un grupo funcional Por ejemplo, ya que los hidrocarburos son insolubles en agua, el simple hecho de que una substancia desconocida, tal como el éter etílico, sea parcialmente soluble en agua, indica que está presente un grupo funcional. Segundo, la solubilidad en ciertos disolventes a menudo conduce hacia información mas especifica acerca del grupo funcional. Por ejemplo, el acido benzoico es insoluble en el disolvente polar, agua, pero es convertido por el hidróxido de sodio diluido en una sal, el benzoato de sodio, que es fácilmente soluble en agua. En este caso, la solubilidad en una solución de hidróxido de sodio al 5% de una substancia desconocida que es insoluble en agua, es una poderosa indicación de un grupo funcional acido. Finalmente, en algunas ocasiones pueden hacerse ciertas deducciones acerca del peso molecular. Por ejemplo, en muchas series homologas de compuestos monofuncionales, los miembros con menos de cinco átomos de carbono son solubles en agua, mientras que los homólogos superiores son insolubles.

Solubilidad en agua: Si la sustancia es soluble en agua, se puede deducir de ello la presencia de uno o mas grupos polares y/o que el compuesto tiene un peso molecular bajo. Si el producto es muy soluble en agua, es importante comprobar el pH de la solución con un papel indicador.

En general cuatro tipos de compuestos son solubles en agua, los electrolitos, los ácidos, las bases y los compuestos polares. En cuanto a los electrolitos, las especies iónicas se hidratan debido a las interacciones ión-dipolo entre las moléculas de agua y los iones. El número de ácidos y bases que pueden ser ionizados por el agua es limitado, y la mayoría se disuelve por la formación de puentes de hidrógeno. Las sustancias no iónicas no se disuelven en agua, a menos que sean capaces de formar puentes de hidrógeno; esto se logra cuando un átomo de hidrógeno se encuentra entre dos átomos fuertemente electronegativos, y para propósitos prácticos sólo el flúor, oxígeno y nitrógeno lo forman. Por consiguiente, los hidrocarburos, los derivados halogenados y los tioles son muy poco solubles en agua.

Un grupo polar capaz de formar puentes de hidrógeno con el agua, puede hacer que una molécula hidrocarbonada sea soluble en agua, si la parte hidrocarbonada de la molécula no excede de 4 o 5 átomos de carbono en cadena normal, o de 5 a 6 átomos de carbono en cadena ramificada. Si más de un grupo polar está presente en la molécula, la relación de átomos de carbono es usualmente de 3 a 4 átomos de carbono por grupo polar. Si la sustancia es soluble en agua también debe comprobarse su solubilidad en éter.

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 reacciones se ilustran así:

Solubilidad en éter: En general las sustancias no polares y ligeramente polares se disuelven en éter. El que un compuesto polar sea o no soluble en éter, depende de la influencia de los grupos polares con respecto a la de los grupos no polares presentes. En general los compuestos que tengan un solo grupo polar por molécula se disolverán, a menos que sean altamente polares.

Solubilidad en hidróxido de sodio: Los compuestos que son insolubles en agua, pero que son capaces de donar un protón a una base diluida, pueden formar productos solubles en agua.

Ejemplo: El acido benzoico no es soluble en agua a temperatura ambiente, pero si se agita el acido benzoico sólido con una solución diluida de hidróxido de sodio, el sólido se disuelve progresivamente. Esto se debe a que se ha transferido un protón del grupo carboxilo al ión hidroxilo. Esta reacción química produce agua y benzoato sódico, este posee un enlace iónico entre el oxigeno del carboxilato y el ión sodio, es una sal, y como la gran mayoría es soluble en agua.

Solubilidad en bicarbonato de sodio: El concepto de acidez es relativo, y un compuesto es ácido o básico en comparación con otro. Los ácidos orgánicos se consideran ácidos débiles, pero dentro de ellos se pueden comparar entre menos o más débiles en comparación con el ácido carbónico. La solubilidad en bicarbonato dice que la sustancia es un ácido relativamente fuerte.

Solubilidad en ácido clorhídrico diluido: La mayoría de las sustancias solubles en agua y solubles en ácido clorhídrico diluido tienen un átomo de nitrógeno básico. Las aminas alifáticas son mucho más básicas que las aromáticas, dos o más grupos arilos sobre el nitrógeno pueden cambiar las propiedades de la amina por extensión, haciéndolas insolubles en el ácido. Este mismo efecto se observa en moléculas como la difenilamina y la mayoría de las nitro y polihaloarilaminas.

Se puede considerar cuales serán las sustancias orgánicas previsiblemente solubles en acido. Cualquier compuesto que pueda aceptar un protón, es decir, que pueda protonarse, se hará soluble en agua si el protón es estable en su nuevo entorno.

El ejemplo más común de compuestos que pueden aceptar protones con facilidad y formar sales solubles en agua lo constituyen las aminas. Las aminas pertenecen a tres clases: primarias, secundarias y terciarias. En todas ellas encontramos un átomo de nitrógeno con un par de electrones no compartido que puede aceptar un protón procedente del medio acido. Esta transferencia protónica conduce a una sal de amonio soluble en agua. En la ecuación siguiente se ilustra el proceso:

Soluble en HCl 5% Insoluble en HCl 5% Insoluble en HCl 5%

Solubilidad en ácido sulfúrico concentrado: Este ácido es un donador de protones muy efectivo, y es capaz de protonar hasta la base más débil. Tres tipos de compuestos son solubles en este ácido, los que contienen oxígeno excepto los diariléteres y los perfluoro compuestos que contienen oxígeno, los alquenos y los alquinos, los hidrocarburos aromáticos que son fácilmente sulfonados, tales como los isómeros meta di sustituidos, los trialcohil-sustituidos y los que tienen tres o más anillos aromáticos. Un compuesto que reaccione con el ácido sulfúrico concentrado, se considera soluble aunque el producto de la reacción sea insoluble.

ESQUEMA DE CLASIFICACIÓN POR SOLUBILIDAD

Clasificación por solubilidad

Considerando el comportamiento de solubilidad en ensayos sistemáticos con agua, éter etílico, solución diluida de NaOH, solución diluida de HCl, solución diluida de NaHCO3 y H2SO4 concentrado, ha sido posible sistematizar con fines analíticos la siguiente clasificación de compuestos orgánicos en grupos:

GRUPO S1: Compuestos monofuncionales de bajo peso molecular, tales como ácidos carboxílicos, fenoles, esteres, aldehídos, alcoholes, cetonas, aminas, anhídridos, nitrilos.

GRUPO S2: Aminoácidos, sales de amina y ácidos carboxílicos. Una variedad de compuestos polifuncionales, tales como hidroxiácidos y ácidos di- y polibásicos; glicoles, polialcoholes, polihidroxialdehidos y polihidroxicetonas, hidratos de carbono, compuestos poliaminados, aminoalcoholes.

GRUPO A1: Ácidos orgánicos de alto peso molecular. Fenoles con sustituyentes que atraen electrones. Algunos Enoles

GRUPO A2: Fenoles sin sustitución. Imidas; Mercaptanos. Tiofenoles, Sulfonamidas.

GRUPO B: Aminas alifáticas de alto peso molecular. Aminas aromáticas, excepto aquellas con más de un anillo aromático, o con un anillo aromático con sustituyentes atractores de electrones. Hidracinas y oximas de alto peso molecular.

GRUPO N: Hidrocarburos no saturados, alquenos y alquinos. Muchos compuestos débilmente básicos y de alto peso molecular, tales como aldehídos, cetonas, esteres, anhídridos, alcoholes, éteres o acetales.

Algunos hidrocarburos aromáticos muy alquilados. Nitrocompuestos ( terciarios). Nitroso, azo, hidrazo y otros compuestos intermedios de la reducción de nitrocompuestos. Nitrilos. Sulfonamidas de aminas secundarias. Sulfonas. Otros compuestos que contienen azufre.

GRUPO I: Hidrocarburos alifaticos aciclicos y cicloalcanos; La mayoria de los hidrocarburos aromaticos; Derivados halogenados de lãs dos clases anteriores. Éteres diarílicos.

Procedimiento Experimental

Materiales

  • 10 tubos de ensayo
  • 1 gradilla para tubo de ensayo
  • 1 espátula metálica
  • 6 gotarios de 3mL
  • 3 gotarios de vidrio

Reactivos

  • Agua
  • Éter etílico
  • NaOH 5%
  • HCl 5%
  • NaHCO3 5%
  • H2SO4 concentrado

Patrones

  • Ácido Benzoico
  • Etilenglicol
  • Tolueno
  • 1- Naftilamina

Metodología (Siguiendo el Esquema de Clasificación por Solubilidad)

  • Se añaden en tubos de ensayos 0.1 mL ( 2 a 3 gotas) o 0.05 g (punta de espátula), según corresponda el estado del patrón ( sólido o liquido).
  • Luego se agregan 3 mL del reactivo correspondiente y se agita vigorosamente.
  • Se observa el resultado y se define en algún grupo según su solubilidad.

Vídeo Reacción

Tabla de resultados

+ indica solubilidad

- indica insolubilidad