- Este artículo trata sobre la oxidación de los alcoholes.
- Empezaremos con los principios de la oxidación de los alcoholes.
- Después exploraremos la oxidación de los alcoholes primarios y veremos cómo se compara con la oxidación de los alcoholes secundarios.
- Para ello, conoceremos los reactantes, los productos y las condiciones necesarias de las reacciones.
- También estudiaremos la oxidación de los alcoholes terciarios y exploraremos brevemente el mecanismo de oxidación de los alcoholes.
- Por último, veremos cómo podemos utilizar la oxidación de los alcoholes para comprobar la presencia de aldehídos y cetonas.
Principios de la oxidación de los alcoholes
Puede que ya sepas por Redox que la oxidación tiene varias definiciones diferentes:
- La adición de oxígeno.
- La eliminación de hidrógeno.
- La pérdida de electrones, que conduce a un aumento del estado de oxidación.
¿Cómo se aplican estas definiciones a las reacciones de oxidación del alcohol? Todas ellas empiezan a tener sentido cuando observamos el carbono alfa del alcohol. Éste es el átomo de carbono que está unido al grupo hidroxilo -OH.
Cuando los alcoholes se oxidan, el carbono alfa experimenta los siguientes cambios:
- Forma un enlace adicional con el oxígeno.
- Pierde un átomo de hidrógeno.
- Aumenta su estado de oxidación.
¡Eso nos parece oxidación!
Echa un vistazo a la profundización al final del artículo para conocer el estado de oxidación del carbono alfa en diferentes alcoholes, y cómo cambia en las reacciones de oxidación.
Reacción de oxidación de los alcoholes
Oxidamos los alcoholes calentándolos con un agente oxidante. Normalmente se trata de dicromato de potasio(VI) (K2Cr2O7). Para acelerar la reacción, acidificamos el dicromato potásico utilizando un catalizador de ácido sulfúrico concentrado (H2SO4).
Sin embargo, no todas las reacciones de oxidación del alcohol son iguales. Las condiciones exactas y los productos difieren según la clasificación del alcohol. Echemos un vistazo:
- Los alcoholes primarios (RCH2OH ) se oxidan parcialmente a aldehídos (RCHO) mediante destilación. Después pueden oxidarse totalmente a ácidos carboxílicos (RCOOH ) mediante reflujo.
- Los alcoholes secundarios (RCH(OH)R ) se oxidan a cetonas (RCOR ) mediante reflujo. No pueden seguir oxidándose.
- Los alcoholes terciarios no pueden oxidarse en absoluto.
Recapitularemos las definiciones de alcoholes primarios, secundarios y terciarios en el transcurso de este artículo, pero si quieres un recordatorio, dirígete a Alcoholes para obtener una explicación completa y múltiples ejemplos.
Ahora que conocemos los fundamentos de la oxidación de los alcoholes, podemos explorar las distintas reacciones más de cerca. Empezaremos por conocer la oxidación de los alcoholes primarios.
Oxidación de alcoholes primarios
¿Recuerdas la diferencia entre alcoholes primarios, secundarios y terciarios? Tiene que ver con el número de grupos R unidos a su carbono alfa.
- En alcoholes primarios (indicados con el símbolo1°), el carbono alfa está unido a cero o un grupo R.
- En los alcoholessecundarios (representados con el símbolo 2°), el carbono alfa está unido a dos grupos R.
- En los alcoholesterciarios (representados con el símbolo 3°), el carbono alfa está unido a tres grupos R.
Alcoholes primarios, secundarios y terciarios, mostrados con su carbono alfa, grupo hidroxilo y grupo(s) R resaltados.StudySmarter Originals
Observa lo que esto significa para el carbono alfa de un alcohol primario en términos de átomos de hidrógeno. Los alcoholes primarios tienen dos átomos de hidrógeno unidos a su carbono alfa (a excepción del metanol (CH3OH), que tiene tres). Al principio de este artículo, descubrimos que cada reacción de oxidación de un alcohol requiere que el carbono alfa pierda un átomo de hidrógeno. Esto significa que los alcoholes primarios pueden oxidarse dos veces: sufren una oxidación parcial y una oxidación completa.
Oxidación parcial de los alcoholes primarios
Cuando oxidamos por primera vez los alcoholes primarios, los oxidamos parcialmente. Como en todas las reacciones de oxidación de alcoholes, se utiliza dicromato potásico (VI ) acidificado con ácido sulfúrico concentrado. Sin embargo, para limitar la oxidación a sólo una oxidación parcial, utilizamosla destilación y un exceso de alcohol. Terminamos con un aldehído (RCHO) y agua (H2O).
Aquí tienes la ecuación de la oxidación parcial de los alcoholes primarios. Observa que hemos representado el agente oxidante utilizando [O], que es la notación típica de las reacciones de oxidación.
RCH2OH+ [O] → RCHO + H2O
La oxidación parcial de alcoholes primarios produce un aldehído. Los grupos R y los grupos funcionales de las moléculas están resaltados.StudySmarter Originals
Compara las dos estructuras anteriores: el alcohol y el aldehído. En general, cambiamos el grupo hidroxilo -OH del alcohol por un doble enlace C=O (conocido como grupo carbonilo) y eliminamos un átomo de hidrógeno del carbono alfa. El carbono alfa del alcohol primario gana un enlace extra con el oxígeno y pierde hidrógeno. Esto nos deja con el característico grupo carbonilo -CHO aldehído.
¿Te has perdido los grupos funcionales? No te preocupes, ¡tenemos un artículo para eso! Consulta Grupos funcionales para averiguar todo lo que necesitas saber sobre los distintos grupos orgánicos, sus fórmulas y las familias en las que se encuentran.
Escribe una ecuación para la oxidaciónparcial del etanol. Indica las condiciones de la reacción y nombra el producto orgánico formado.
La oxidación parcial del etanol (CH3CH2OH) da como resultado etanal (CH3CHO) y agua. Utiliza la destilación y un exceso de alcohol.
CH3CH2OH+ [O] → CH3CHO+ H2O
Oxidación completa de los alcoholes primarios
Los alcoholes primarios pueden oxidarse dos veces, y observando la estructura de un aldehído, es fácil ver cómo. Los aldehídos aún contienen un átomo de hidrógeno unido a su carbono alfa, por lo que pueden sufrir una oxidación adicional. Una vez más, utilizamos dicromato potásico acidificado, pero esta vez calentamos la mezcla a reflujo. La reacción produce un ácido carboxílico (RCOOH). Observa que no se produce agua cuando oxidamos un aldehído.
RCHO + [O] → RCOOH
La oxidación de los aldehídos produce un ácido carboxílico. Los grupos R y los grupos funcionales de las moléculas están resaltados.StudySmarter Originals
Compara ahora el aldehído y el ácido carboxílico. En esta segunda reacción de oxidación, eliminamos el átomo de hidrógeno restante del carbono alfa del aldehído y formamos un enlace C-O adicional en su lugar. El hidrógeno se une entonces al otro lado del enlace C-O, formando un grupo hidroxilo -OH. En total, el carbono alfa del aldehído gana un enlace con el oxígeno y pierde un átomo de hidrógeno. Nos queda el grupo carboxilo -COOH de los ácidos carboxílicos.
Es totalmente posible saltarse el paso intermedio y pasar directamente de un alcohol primario a un ácido carboxílico oxidando el alcohol dos veces de una sola vez. La oxidación de un alcohol primario de este modo se conoce como oxidación completa. No nos molestamos en destilar, sino que simplemente calentamos el alcohol a reflujo con un exceso de dicromato de potasio(VI) acidificado. La reacción global requiere dos moles del agente oxidante por cada mol de alcohol y da como resultado un ácido carboxílico y agua.
RCH2OH+ 2[O] → RCOOH + H2O
Escribe una ecuación para la oxidación completa del etanol. Indica las condiciones de la reacción y nombra el producto orgánico formado.
La oxidación completa del etanol (CH3CH2OH) produce ácido etanoico (CH3COOH) y agua. Utiliza reflujo y un exceso de dicromato de potasio(VI) acidificado.
CH3CH2OH+ 2[O] → CH3COOH+ H2O
Enresumen, la oxidación parcial de los alcoholes primarios da lugar a aldehídos, mientras que la oxidación completada lugar a ácidos carboxílicos.
Método de oxidación parcial y completa
Puede que te hayas dado cuenta de las diferentes condiciones necesarias para la oxidación parcial y total de los alcoholes primarios. Mientras que la oxidación parcial utiliza la destilación y un exceso del alcohol, la oxidación completa requiere reflujo y un exceso del agente oxidante. Hacemos estos cambios para controlar el alcance de la reacción de oxidación.
- En la oxidación parcial, queremos oxidar el alcohol una sola vez y, por tanto, manipular las condiciones para evitar que se siga oxidando.
- Utilizar un exceso de alcohol significa que no hay suficiente agente oxidante para oxidar el alcohol una segunda vez.
- Los aldehídos tienen puntos de ebullición más bajos que los alcoholes. Utilizar la destilación significa que el aldehído se evapora en cuanto se forma, impidiendo cualquier reacción posterior con el agente oxidante.
- En la oxidación completa, queremos oxidar el alcohol dos veces , por lo que manipulamos las condiciones para garantizar una mayor oxidación.
- Utilizar un exceso del agente oxidante significa que hay más que suficiente agente oxidante para una segunda reacción de oxidación.
- El reflujo es una técnica que hace que los vapores gaseosos se condensen y vuelvan al recipiente de reacción. El uso del reflujo impide que el aldehído formado en la oxidación parcial se evapore y escape del sistema. En lugar de ello, el aldehído queda atrapado en el recipiente de reacción, donde puede alcanzar temperaturas más elevadas y seguir reaccionando con el agente oxidante.
El siguiente diagrama compara la configuración típica para la oxidación parcial y total de alcoholes primarios. Simplemente cambiando las cantidades relativas de los reactivos, junto con la alteración de las condiciones de reacción, podemos empezar con los mismos reactivos y acabar con dos productos completamente diferentes.
Montaje de la oxidación parcial (destilación; izquierda) y total (reflujo; derecha) de alcoholes primarios.Créditos de las imágenes: http://www.chembook.co.uk/
Oxidación de alcoholes secundarios
Los alcoholes secundarioscontienen dos grupos R unidos al carbono alfa C-OH. Esto los deja con un solo átomo de hidrógeno. En consecuencia, los alcoholes secundarios sólo pueden oxidarse una vez. Oxidamos los alcoholes secundarios calentándolos a reflujo con cromato potásico acidificado, formando una cetona (RCOR) y agua. Utilizar un exceso de agente oxidante no cambia nada: ¡las cetonas ya no se pueden oxidar!
Ésta es la ecuación de la reacción
RCH(OH)R + [O] → RCOR + H2O
La oxidación de los alcoholes secundarios produce una cetona. Como antes, se resaltan los grupos R y los grupos funcionales de las moléculas.StudySmarter Originals
Compara las dos estructuras: el alcohol y la cetona. Cambiamos el grupo hidroxilo -OH del alcohol por un doble enlace C=O del grupo carbonilo y eliminamos un átomo de hidrógeno del carbono alfa. En total, el carbono alfa del alcohol secundario gana un enlace extra con el oxígeno y pierde hidrógeno. Esto nos deja con el característico grupo carbonilo -CO- de la cetona.
A diferencia de los aldehídos, que pueden volver a oxidarse en ácidos carboxílicos, las cetonas no pueden seguir oxidándose.Estose debe a que no quedan enlaces C-H en el carbono alfa de la cetona y, por tanto, no puede producirse la oxidación.
Escribe una ecuación para la oxidación del propan-2-ol. Indica las condiciones de la reacción y nombra el producto orgánico formado.
La oxidación del propan-2-ol (CH3CH(OH)CH3) produce propanona(CH3COCH3) y agua. Utiliza dicromato potásico acidificado y reflujo.
CH3CH(OH)CH3 + [O] → CH3COCH3 + H2O
Oxidación de los alcoholes terciarios
Los alcoholes terciarioscontienen tres grupos R unidos al carbono alfa C-OH. Si vuelves al diagrama anterior, verás que esto significa que el carbono alfa no está unido a ningún átomo de hidrógeno, no tiene enlaces C-H. Por tanto, los alcoholes terciarios no pueden oxidarse. En consecuencia, los alcoholes terciarios no pueden oxidarse. Calentar un alcohol terciario con dicromato de potasio(VI) acidificado no tiene ningún efecto.
¿Por qué no podemos romper, por ejemplo, un enlace C-C en una reacción de oxidación? Bueno, los enlaces C-C son muy fuertes y estables, por lo que romperlos requiere mucha energía. Esto simplemente no es favorable para las reacciones de oxidación.
Comparación de la oxidación de alcoholes
Para resumir todo lo que hemos aprendido en este artículo, hemos creado una tabla que reúne las reacciones de oxidación de los alcoholes primarios, secundarios y terciarios.
| Tipo de oxidación | Estructura del alcohol | Condiciones de reacción | Producto orgánico | Ecuación |
| Alcohol primario (oxidación parcial) | RCH2OH | Destilación, exceso de alcohol | Aldehído (RCHO) | RCH2OH+ [O] → RCHO+H2O |
| Alcohol primario (oxidación completa) | RCH2OH | Reflujo, exceso de oxidante | Ácido carboxílico (RCOOH) | RCH2OH+ 2[O] → RCOOH+H2O |
| Alcohol secundario | RCH(OH)R | Reflujo | Cetona (RCOR) | RCH(OH)R + [O] → RCOR +H2O |
| Alcohol terciario | RC(OH)R2 | NA | NA | NA |
También hemos elaborado un diagrama útil para ayudarte a visualizar los productos de las reacciones de oxidación de los alcoholes y sus estructuras. El diagrama destaca los grupos R de las moléculas y sus diferentes grupos funcionales.
Las reacciones de oxidación de los alcoholes primarios, secundarios y terciarios, y sus productos orgánicos. Se destacan los grupos R y los grupos funcionales de las moléculas.StudySmarter Originals
Mecanismo de la oxidación de alcoholes
La oxidación de los alcoholes utiliza un mecanismo similar al mecanismo E2 que ves enReacciones de eliminación de alcoholes . Básicamente consiste en convertir el grupo hidroxilo -OH en un grupo saliente mejor, que luego se elimina de la molécula. Sin embargo, este mecanismo es extremadamente complicado y no se espera que lo conozcas para los exámenes. Concéntrate simplemente en aprender los reactantes, los productos y las condiciones de las distintas reacciones de oxidación de los alcoholes, ¡y aprobarás el examen!
Estados de oxidación en la oxidación de alcoholes
¿Recuerdas que dijimos al principio del artículo que la oxidación de los alcoholes aumenta el estado de oxidación del carbono alfa? Veamos si es cierto calculando el estado de oxidación del carbono alfa en alcoholes, aldehídos, ácidos carboxílicos y cetonas.
Puede que nunca antes hayas calculado el estado de oxidación de un átomo de carbono concreto en una molécula orgánica. He aquí un sencillo proceso que te ayudará a empezar.
- Elige un átomo de carbono.
- Empieza con un estado de oxidación de +0.
- Considera cada uno de los enlaces del átomo de carbono con otro átomo.
- Cada enlace con un átomo que sea menos electronegativo que el carbono disminuye en 1 el estado de oxidación del carbono.
- Cada enlace con un átomo más electronegativo que el carbono aumenta en 1 el estado de oxidación del carbono.
- Los enlaces C-Cno tienen ningún efecto sobre el estado de oxidación del carbono.
- Suma los efectos de todos los enlaces y obtendrás el estado de oxidación global del átomo de carbono.
En el diagrama siguiente hemos calculado el estado de oxidación de los átomos de carbono alfa de distintos alcoholes y sus productos de oxidación. Recuerda que un grupo R es una abreviatura de un grupo alquilo, por lo que cuenta como un enlace C-C: no tiene ningún efecto sobre el estado de oxidación del carbono alfa.
El estado de oxidación del carbono alfa en alcoholes primarios, alcoholes secundarios, aldehídos, cetonas y ácidos carboxílicos. Se muestran los efectos contribuyentes de los enlaces individuales.StudySmarter Originals
Oxidación de alcoholes: comprobación de aldehídos y cetonas
Hay un par de aplicaciones útiles para la oxidación de alcoholes. Podemos utilizar lo que sabemos sobre las reacciones de oxidación de los alcoholes para buscar aldehídos y cetonas.
Recuerda que los aldehídos (producidos por la oxidación de un alcohol primario ) pueden seguir oxidándose, mientras que las cetonas (producidas por la oxidación de unalcohol secundario ) no. Muchos agentes oxidantes dan un cambio de color distinto cuando reaccionan, lo que nos permite distinguir positivamente entre estas dos familias. Debes conocer tres agentes oxidantes en particular:
- Ya conocemos el dicromato de potasio (VI). Es naturalmente de un color naranja vibrante, pero cuando reacciona, se vuelve verde.
- Otro agente oxidante es el reactivo de Tollens. Es incoloro por naturaleza, pero cuando consigue oxidar una especie, forma un depósito de espejo plateado.
- El tercer agente oxidante con el que podrían hacerte la prueba es la solución de Fehling. Si la solución azul forma un precipitado rojo oscuro, sabrás que se ha producido una reacción de oxidación.
Los cambios de color de diversos agentes oxidantes cuando consiguen oxidar otra especie.StudySmarter Originals
Para distinguir entre aldehídos y cetonas, basta con calentarlos suavemente con uno de los agentes oxidantes anteriores. La siguiente tabla resume los distintos cambios de color que puedes observar.
| Especies | Observación con dicromato potásico | Observación con el reactivo de Tollens | Observación con la solución de Fehling |
| Aldehído | La solución verde se vuelve naranja | La solución incolora forma un depósito de plata en espejo | La solución azul forma un precipitado rojo oscuro |
| Cetona | La solución permanece verde (sin reacción visible) | La solución permanece incolora (sin reacción visible) | La solución permanece azul (sin reacción visible) |
Ten en cuenta que sólo podemos utilizar el reactivo de Tollens y la solución de Fehling para oxidar aldehídos y convertirlos en ácidos carboxílicos. No podemos utilizarlos para oxidar alcoholes primarios o secundarios en aldehídos o cetonas respectivamente. La oxidación directa de alcoholes requiere un agente oxidante fuerte, y tanto el reactivo de Tollen como la solución de Fehling son demasiado débiles. Sin embargo, ¡el dicromato potásico acidificado es adecuado!
Oxidación de alcoholes - Puntos clave
- Los alcoh oles participan en reacciones de oxidación. Éstas introducen un enlace C-O adicional en la molécula y eliminan hidrógeno.
- Para oxidar un alcohol, lo calentamos con un agente oxidante. Normalmente utilizamos dicromato potásico (VI) (K2Cr2O7) y un catalizador de ácido sulfúrico concentrado (H2SO4).
- Las reacciones de oxidación de los alcoholes difieren según su estructura.
- Los alcoholesprimarios se oxidan parcialmente en aldehídos utilizando la destilación y un exceso del alcohol.
- Los alcoholesprimarios también pueden oxidarse totalmente a ácidos carboxílicos mediante reflujo y un exceso del agente oxidante.
- Los alcoholessecundarios se oxidan en cetonas mediante reflujo.
- Los alcoholesterciarios no pueden oxidarse.
- Los principios de la oxidación de los alcoholes nos permiten comprobar familias orgánicas específicas. Los aldehídos pueden seguir oxidándose con agentes oxidantes, mientras que las cetonas no. Al calentar el dicromato potásico (VI), el reactivo de Tollens o la solución de Fehling, que son ejemplos de agentes oxidantes, con un aldehído se produce un cambio de color evidente. Sin embargo, al calentarlos con una cetona no se produce ninguna reacción visible.
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