Análisis orgánico cualitativo

El análisis orgánico cualitativo posee una gran relevancia en la enseñanza de la Química Orgánica debido principalmente a su gran valor formativo.

A diferencia del análisis inorgánico, que identifica los elementos constituyentes de una sustancia, el análisis orgánico determina los grupos funcionales, pues la mayoría de los compuestos orgánicos están constituidos por unos pocos elementos y casi siempre son los mismos.

Es por ello por lo que para identificar compuestos orgánicos no es útil seguir una marcha analítica paralela a la inorgánica, sino que tenemos que basarnos en las diferentes propiedades químicas de los distintos grupos funcionales orgánicos junto a las propiedades físicas y espectroscópicas del producto para llegar a la identificación final de la sustancia problema.

Aunque a primera vista parezca extremadamente complicado la identificación de un compuesto orgánico, se puede abordar dicha identificación a través de una sistemática bien definida. La táctica a emplear consiste, esencialmente, en una sucesiva y progresiva limitación de las posibilidades estructurales.

Se comienza generalmente con la identificación de los elementos constituyentes del producto, continuaremos con la identificación de los grupos funcionales presentes en la molécula mediante el uso de pruebas de solubilidad, la observación de sus propiedades organolépticas y ensayos químicos.

Una vez determinadas las funciones presentes y mediante la preparación de algunos derivados del producto, nos permitimos identificar inequívocamente la sustancia problema mediante la comparación de las observaciones realizadas con aquellas reseñadas en la bibliografía.

Análisis elemental cualitativo orgánico

Ante una sustancia orgánica desconocida, el trabajo de identificación debe comenzar por la realización del análisis elemental cualitativo (y cuantitativo si es posible) determinando así los elementos presentes en ella y la proporción en que se encuentran.

El análisis cuantitativo consiste normalmente en la combustión de determinado peso de la sustancia, identificando cromatográficamente (o gravimétricamente) la cantidad y naturaleza de los gases formados en dicha combustión.

En cuanto al análisis cualitativo, el método más común (y/o simple) es el denominado método de Lassaigne o ensayo de Lassaigne o fusión con sodio, consiste en la mineralización de la sustancia orgánica transformando los elementos presentes en ella, en aniones fácilmente identificables:

metodo de Lassaigne o ensayo de Lassaigne

El procedimiento completo se detalla en en siguiente enlace (método de Lassaigne).

Propiedades organolépticas y físicas

Una vez realizado el análisis elemental cualitativo y determinando los elementos presentes en ella, deberemos anotar el aspecto de la sustancia (propiedades organolépticas): estado, color, olor, forma cristalina (en el caso de que sea sólida), test de ignición (si arde completamente o deja residuo sólido, tipo de la llama, etc.) y cualquier otra propiedad que pueda darnos información adicional de dicha sustancia.

Seguidamente, determinaremos las constantes físicas principales, a saber: punto de fusión para sólidos y punto de ebullición para líquidos.

Esto nos dará una idea del grado de pureza de la sustancia y nos indicará la necesidad de una purificación de la misma ya sea por recristalización (una vez realizadas las pruebas de solubilidad) o bien por destilación simple o a vacío, determinación del índice de refracción, densidad, poder rotatorio (caso de ser ópticamente activa).

Y finalmente obtendremos, si es posible, los datos espectroscópicos, principalmente espectros de IR y de RMN.

Clasificación por solubilidad

Atendiendo a la diferente solubilidad de los compuestos orgánicos en distintos disolventes, se pueden clasificar dichos compuestos en varios grupos. La frase “lo semejante disuelve a lo semejante” nos permite separar los diversos tipos de grupos funcionales más comunes.

Así, los compuestos no iónicos no se disuelven apreciablemente en agua a menos que sus moléculas se ionicen en disolución acuosa o puedan asociarse con moléculas de agua mediante enlaces de hidrógeno.

Los que carecen de hidrógenos capaces de formar enlaces de hidrógeno se disuelven rápidamente en éter y otros disolventes no asociados.

Sin embargo, se debe tener en cuenta que a medida que se asciende en una serie homóloga, la solubilidad, al igual que otras propiedades físicas, tiende a aproximarse a las de los hidrocarburos del mismo número de átomos de carbono.

Los compuestos que tienen un carácter básico se disuelven en medios ácidos y los que lo tienen ácido lo hacen en medios básicos.

Mediante estos procedimientos simplificados vamos dividiendo en tipos y seleccionando grupos funcionales. Sin embargo hay que indicar que los ensayos de solubilidad no son infalibles y se conocen excepciones.

Por tanto nunca serán completamente concluyentes y deberemos realizar otros tipos de ensayos para la completa identificación de un compuesto.

Procedimiento

El procedimiento a seguir par realizar un análisis orgánico cualitativo es el siguiente: en un tubo de ensayo se colocan 0.2 ml (o bien 0.1 g si es sólido) del problema. Estos se añaden con agitación y en porciones 3 ml de agua.

división de los compuestos orgánicos por solubilidades

Si el producto resulta soluble, se repite el proceso en otro tubo de ensayo de igual manera pero con éter etílico como disolvente.

Si el compuesto es insoluble en agua, se ensaya su solubilidad en disolución de NaOH al 5 %. Todos los compuestos que sean solubles en la disolución de NaOH deben ser ensayados a continuación con una disolución de bicarbonato sódico al 5 %.

Estos ensayos de solubilidad se realizan de igual manera que la indicada para el ensayo con el agua. Si el compuesto es insoluble en disolución de NaOH, se ensaya su solubilidad en HCl al 5 %.

Finalmente, si la sustancia problema es insoluble en agua, NaOH y HCl y si además no contiene ni nitrógeno ni azufre se ensaya su solubilidad en H2SO4 concentrado.

En la Figura, se relacionan los tipos de compuestos más importantes clasificados según su diferente solubilidad. Esta Figura es meramente informativa y está elaborada para sustancias relativamente comunes en unas prácticas de Laboratorio de Análisis Orgánico y que presenten los grupos funcionales más corrientes en Química Orgánica.

Análisis de grupos funcionales

La Química Orgánica dispone de una serie de reacciones que permiten caracterizar casi todos los grupos funcionales presentes en las moléculas.

En algún caso, varios grupos funcionales pueden dar una misma reacción. Por tanto,  será necesario aplicar alguna otra reacción característica para estar seguros de la naturaleza de los mismos.

Incluso, algunos compuestos polifuncionales pueden dar reacciones diferentes a la de las diversas funciones por separado.

Por lo tanto, las reacciones que se indican a continuación no deben tomarse como métodos infalibles y/o excluyentes para la identificación de grupos funcionales.

Alcanos Alquenos
Alquinos Hidrocarburos aromáticos
Haluros Alcoholes
Glicoles Fenoles
Aldehídos y cetonas Quinonas
Carbohidratos Ácidos carboxílicos
Ésteres Éteres
Aminas Amidas y compuestos relacionados
Nitrocompuestos Compuestos de azufre (tioles)

Por ejemplo, el ensayo con yodo para la formación del complejo de transferencia de carga lo dan prácticamente todos los grupos funcionales, si se indica en los alquenos es porque suponemos que (tras realizar las pruebas de solubilidad) es un hidrocarburo y queremos saber si es saturado o insaturado.

Aunque se indican las características del espectro IR, no es un requerimiento sin el cual no se puede identificar la función, solo la aceleraría o confirmaría.

Identificación de una sustancia desconocida

Como resumen del análisis orgánico cualitativo de reconocimiento de una sustancia desconocida seguiremos esta pauta:

  • Examen físico del producto (propiedades organolépticas).
  • Determinación de las constantes físicas.
  • Análisis elemental cualitativo.
  • Estudio del espectro IR.
  • Clasificación por solubilidad.
  • Reacciones características de los grupos funcionales.
  • Estudio de Tablas del posible producto.
  • Preparación de derivados sólidos.
  • Identificación del producto.

Se recomienda rellenar la siguiente hoja para cada uno de los productos desconocidos.

ANÁLISIS FUNCIONAL MUESTRA Nº : ____

1.- PROPIEDADES ORGANOLÉPTICAS Y PROPIEDADES FÍSICAS:

a) Estado:_______________ Punto de fusión:_____________
b) Color:________________ Punto de ebullición:__________

c) Olor:_________________

2.- ANÁLISIS ELEMENTAL: Contiene:_______________

3.- ESPECTRO INFRARROJO:

Absorción (cm-1) Asignación
_________________ ___________________

_________________ ___________________

4.- SOLUBILIDAD:

Soluble en:___________________________________________________
Insoluble en:__________________________________________________
Grupo:_________________

5.- ANÁLISIS FUNCIONAL ORGÁNICO: Indicar reactivo, resultado y deducciones.

a)____________________________________________________________________

b)____________________________________________________________________

6.- PRODUCTOS POSIBLES (Indicar la razón):
______________________________________________________________________

7.- FORMACIÓN DE DERIVADOS:

a)____________________________________________________________________

b)____________________________________________________________________

8.- IDENTIFICACIÓN DEL PRODUCTO: