Grupos funcionales completo.

Grupos funcionales. Aldehídos
Atomos
involucrados
Sufijo
-al
Prefijo
oxo
Posición en
la cadena
Solo al final
Fórmula
general
CnH2nO
Nombre de
la familia
aldehído

Para nombrar a los aldehídos se cambia la terminación o de los alcanos por al para
denotar la presencia de un aldehído.

El grupo carbonilo de los alcanales o aldehídos siempre está al final de la cadena. Este
hecho lo hace química y físicamente diferente a las cetonas, por eso se considera
como un grupo funcional aparte El hidrógeno vecino al oxígeno es fácilmente oxidable
y esta es una de las principales diferencias entre estas dos familias de compuestos

Como este grupo funcional simple está al final de la cadena no se usan números
localizadores.
Sin embargo si por alguna razón se usa el prefijo oxo en este caso si hay que unir número
localizador ya que este prefijo puede estar en cualquier lugar de la cadena pues se usa
también con las cetonas
Estructura
Nombre de la
IUPAC
metanal
(formaldehdo)
Etanal
(acetaldehido)
nonanal
3-etilpentanal
2bromohexanal
pentanodial
3-oxohexanal
2-etil-3hidroxibutanal
(2E,4Z)-octa2,4-dienal
Cetona y aldehídos
Generalidades.- Si los alcoholes constituyen el primer grado de oxidación de los hidrocarburos,
los aldehídos y las cetonas representan el segundo. Se ha visto anteriormente que los
alcoholes primarios se oxidan en aldehídos y los secundarios en cetonas; continuando la
oxidación se producirán ácidos orgánicos que corresponden al tercer grado de oxidación.
La formula general de un aldehído es
Y la de una cetona
.
La existencia de ambos tipos de compuestos del grupo carbonilo
implica una serie de propiedades comunes, que dependen de la reactividad del doble enlace de
dicho grupo.
Nomenclatura.- Los compuestos que contienen el grupo carbonilo (C=O)se conocen como
aldehídos y cetonas. Si uno de los átomos unido al gripo carbonilo es un átomo de hidrógeno,
el compuesto es un aldehído (
). El otro átomo o grupo de átomo unidos al carbonilo pueden ser hidrógeno o radicales alquíl.
En el caso de las cetonas, ambos grupos unidos al carbonilo son alquílos (
).
En el sistema IUPAC la terminación característica para los aldehídos es al y para las cetonas
ona, las cuales se añaden al nombre original del hidrocarburo (suprimiendo la terminación "o"
de éste) que tenga el mismo número de átomos de carbono.
Por lo común, el compuesto se denomina como derivado de la cadena continua más larga de
átomos de carbono, incluyendo el grupo funcional carbonilo. En el caso de los aldehídos, el
grupo -CH=O tiene que aparecer siempre al final de la cadena e indicar siempre el número 1,
aunque este número no aparece en el nombre. Sin embargo, en el caso de las cetonas el
grupo carbonilo puede estar en posiciones diversas en una cadena carbonada y su posición
debe indicarse con el número más bajo posible. Los demás sustituyentes quedan indicados por
el número adecuado y el prefijo destinado a indicar sus posiciones en la cadena carbonada.
También se emplean nombres comunes para aldehídos y cetonas. Los aldehídos se
denominan por lo general como derivados del ácido correspondiente que puedan formar por
oxidación, la terminación ico del ácido se suprime y se sustituye por el término aldehído.
Las cetonas, con excepción de la acetona, se nombran según los grupos alquilo unidos a la
función carbonilo seguidos de la palabra cetona.
Ejemplos:
Aldehídos
Compuesto
Nombre
H-CH=O
Metanal ó formaldehído
CH3-CH=O
Etanal ó acetaldehído
CH3-CH2-CH=O
Propanal ó propionaldehído
CH3-(CH2)6-CH=O
Octanal ó caprilaldehído
Cetonas
Compuesto
Nombre
CH3-C-CH3
Propanona; dimetil-cetona ó acetona
O
CH3-CH2-C-CH3
Butanona; metil-etil cetona
O
CH3
|
2-metil-3-pentanona
CH3-CH-CO-CH2-CH3
CH2-CH3
|
CH3-CH2-CH2-CH2-C-C-CH2-CH3
4,4-dietil-3-octanona
|
CH3-CH2 O
Obtención.- La obtención de aldehídos y cetonas
se efectúa por oxidación de alcoholes primarios y secundarios, hecha con dicromato potásico
en medio ácido, por hidrólisis del acetileno para obtener un aldehído:
HC"CH+M2O ð CH3-COH
SO4H2
Por hidrólisis de los alqinos, salvo el acetileno, para producir cetonas:
CH3-C"CH+H2O ð CH3-CO-CH3
Puede realizarse la hidrólisis de los derivados dihalogenados de los hidrocarburos con
halógenos en el mismo átomo de carbono para obtener aldehídos o cetonas:
CH3-CHCl2+2H2O ð 2ClH+CH3-COH+H2O
CH3-CCl2-CH3+2H2O ð 2ClH+CH3-CO-CH3+H2O
Propiedades físicas.- Con la excepción del metanal, que es un gas, los aldehídos y las cetonas
que tienen hasta diez átomos
de carbono son líquidos de olor agradable, sobre todos las últimas. Son muy solubles en
disolventes orgánicos, pero sólo son solubles en agua los primeros términos de cada clase.
Esta solubilidad en agua es mucho mayor en disoluciones de ácidos fuertes, puesto que
aceptan protones y forman sales de oxonio.
Propiedades químicas.- La reactividad de aldehídos y cetonas de debe al carácter no saturado
del grupo carbonilo. Por reducción se obtienen los alcoholes correspondientes:
CRH=O+[H] ð R-CH2OH
RRC=O+[H] ð R-CHOH-R
Reacciones de diferenciación.A diferencia de las cetonas, los aldehídos son reductores fuertes, lo que se manifiesta con una
disolución de NO3Ag amoniacal, que les hace depositar en espejo brillante de plata metálica
(reactivo de Tollens), y con el reactivo de Fehling (disolución alacalina de sulfato cúprico y
tartrato sódico potásico), al formarse un precipitado de óxido cúprico de color rojo. Los
aldehídos se polimerizan fácilmente, formando sustancias de elevado peso molecular sin
alterar la composición elemental. Las cetonas no se polimerizan.
Nomenclatura
Aldehídos
El sistema de nomenclatura corriente consiste en emplear el nombre del alcano
correspondiente terminado en -al.
Cuando el grupo CHO es sustituyente se utiliza el prefijo formil-.
También se utiliza el prefijo formil- cuando hay tres o más funciones aldehídos sobre el
mismo compuesto .En esos casos se puede utilizar otro sistema de nomenclatura que consiste
en dar el nombre de carbaldehído a los grupos CHO (los carbonos de esos CHO no se
numeran, se considera que no forman parte de la cadena).Este último sistema es el idóneo
para compuestos con grupos CHO unidos directamente a ciclos.
Cetonas
Para nombrar los cetonas tenemos dos alternativas:
1. El nombre del hidrocarburo del que procede terminado en -ona .Como sustituyente
debe emplearse el prefijo oxo-.
2. Citar los dos radicales que están unidos al grupo carbonilo por orden alfabético y a
continuación la palabra cetona.
Propiedades físicas
Los compuestos carbonílicos presentan puntos de ebullición más bajos que los alcoholes
de su mismo peso molecular.No hay grandes diferencias entre los puntos de ebullición de
aldehídos y cetonas de igual peso molecular.
Los compuestos carbonílicos de cadena corta son solubles en agua y a medida que aumenta la
longitud de la cadena disminuye la solubilidad.
Síntesis






Ozonólisis de alquenos
Tratamiento con KMnO4 en caliente de alquenos.Este método sólo es válido para la
preparación de cetonas.
Hidratación de alquinos
Hidroboración-oxidación de alquinos
Acilación de Friedel-Crafts del Benceno
Oxidación de alcoholes
Reacciones
La reacciones de los aldehídos y cetonas son esencialmente de tres tipos; adición
nucleofílica, oxidación y reducción.

Adición nucleofílica
Debido a la resonancia del grupo carbonilo
la reacción más importante de aldehídos y cetonas es la reacción de adición
nucleofílica cuyo mecanismo es el siguiente:
Siguen este esquema la reacción con hidruros ( NaBH4, LiAlH4 ) donde Nu- = H- y la
reacción con organometálicos (RMgLi, RLi) donde Nu- = R-.
Adición nucleofílica de alcoholes
Adición de amina primaria
Adición de Hidroxilamina
Adición de hidracinas
Adición de Ácido Cianhídrico

Oxidación

Reducción
Hidruro
Hidrogenación
Reducción de Clemmensen
Reacción de Wolff-Kishner
Ácidos carboxílicos
1- Marco teórico
Los compuestos que contienen al grupo carboxilo son ácidos y se llaman ácidos carboxílicos.
Los ácidos carboxílicos se clasifican de acuerdo con el sustituyente unido al grupo carboxilo.
Un ácido alifático tiene un grupo alquilo unido al grupo carboxilo, mientras que un ácido
aromático tiene un grupo arilo. Un ácido carboxílico cede protones por ruptura heterolítica de
enlace O-H dando un protón y un ión carboxilato.
2- Propiedades físicas
1.
Puntos de ebullición.
Los ácidos carboxílicos hierven a temperaturas muy superiores que los alcoholes,
cetonas o aldehídos de pesos moleculares semejantes. Los puntos de ebullición de los
ácidos carboxílicos son el resultado de la formación de un dímero estable con puentes
de hidrógeno.
2.
Puntos de fusión.
Los ácidos carboxílicos que contienen más de ocho átomos de carbono, por lo general
son sólidos, a menos que contengan dobles enlaces. La presencia de dobles enlaces
(especialmente dobles enlaces cis) en una cadena larga impide la formación de una red
cristalina estable, lo que ocasiona un punto de fusión más bajo.
Los puntos de fusión de los ácidos dicarboxílicos son muy altos. Teniendo dos carboxilos
por molécula , las fuerzas de los puentes de hidrógeno son especialmente fuertes en
estos diácidos: se necesita una alta temperatura para romper la red de puentes de
hidrógeno en el cristal y fundir el diácido.
3.
Solubilidades.
Los ácidos carboxílicos forman puentes de hidrógeno con el agua, y los de peso
molecular más pequeño (de hasta cuatro átomos de carbono) son miscibles en agua. A
medida que aumenta la longitud de la cadena de carbono disminuye la solubilidad en
agua; los ácidos con más de diez átomos de carbono son esencialmente insolubles.
Los ácidos carboxílicos son muy solubles en los alcoholes, porque forman enlaces de
hidrógeno con ellos. Además, los alcoholes no son tan polares como el agua, de modo
que los ácidos de cadena larga son más solubles en ellos que en agua. La mayor parte
de los ácidos carboxílicos son bastante solubles en solventes no polares como el
cloroformo porque el ácido continua existiendo en forma dimérica en el solvente no polar.
Así, los puentes de hidrógeno de dímero cíclico no se rompen cuando se disuelve el
ácido en un solvente polar.
3- Medición de la acidez
Un ácido carboxílico se puede disociar en agua para dar un protón y un ión carboxilato.
La constante de equilibrio Ka para esta reacción se llama constante de acidez. El pKa de
un ácido es el logaritmo negativo de Ka, y normalmente se usa al pKa como indicación
de la acidez relativa de diferente ácidos.
4.
Efectos de los sustituyentes sobre la acidez.
Un sustituyente que estabilice al ión carboxilato, con carga negativa, aumenta la
disociación y produce un ácido más fuerte. De este modo los átomos electronegativos
aumentan la fuerza de un ácido. Este efecto inductivo puede ser muy grande si están
presentes uno o más grupos que atraen electrones en el átomo de carbono alfa.
La magnitud del efecto de un sustituyente depende de su distancia al grupo carboxilo.
Los sustituyentes en el átomo de carbono alfa son los más eficaces para aumentar la
fuerza de un ácido. Los sustituyentes más distantes tienen efectos mucho más pequeños
sobre la acidez, mostrando que los efectos inductivos decrecen rápidamente con la
distancia.
4- Sales de acidos carboxilicos.
Una base fuerte puede desprotonar completamente en un ácido carboxílico. Los
productos son el ión carboxilato, el catión que queda de la base, y agua. La combinación
de un ión carboxilato y un catión constituyen la sal de un ácido carboxílico.
5- Síntesis de los acidos carboxilicos
5.
Oxidación de alcoholes y aldehidos.
Los alcoholes o aldehídos primarios se oxidan normalmente para producir los ácidos
empleando ácido crómico. El permanganato de potasio se emplea en ocasiones pero
con frecuencia sus rendimientos son inferiores.
6.
Ruptura oxidativa de alquenos y alquinos.
El permanganato de potasio reacciona con los alquenos para dar glicoles. Las
soluciones calientes y concentradas de permanganato de potasio oxidan más los
glicoles, rompiendo el enlace carbono-carbono central. Dependiendo de la sustitución del
doble enlace original, se podrán obtener cetonas o ácidos.
La ozonólisis o una oxidación vigorosa con permanganato rompe el triple enlace de los
alquinos dando ácidos carboxílicos.
7.
Carboxilación de reactivos de Grignard.
El dióxido de carbono se agrega a los reactivos de Grignard para formar las sales de
magnesio de los ácidos carboxílicos. La adición de ácido diluido protona las sales de
magnesio para dar ácidos carboxílicos. Este método es útil porque convierte un grupo
funcional halogenuro en un grupo funcional ácido carboxílico, agregando un átomo de
carbono en el proceso.
8.
Formación de hidrólisis de nitrilos.
Para convertir un halogenuro de alquilo en ácido carboxílico con un átomo de carbono
adicional es desplazar al halogenuro con cianuro de sodio. El producto es un nitrilo con
un ácido carboxílico más.
6- Propiedades químicas
Aunque los ácidos carboxílicos contienen también al grupo carbonilo, sus reacciones son
muy diferentes de las de las cetonas y los aldehídos. Las cetonas y los aldehídos
reaccionan normalmente por adición nucleofílica del grupo carbonilo, pero los ácidos
carboxílicos y sus derivados reaccionan principalmente por sustitución nucleofílica de
acilo, donde un nucleófilo sustituye a otro en el átomo de carbono del acilo (C=O).
9.
Síntesis y empleo de cloruros de ácido.
Los mejores reactivos para convertir los ácidos carboxílicos en cloruros de ácido son el
cloruro de tionilo (SOCl2) y el cloruro de oxalilo (COCl)2, porque forman subproductos
gaseosos que no contaminan al producto. El cloruro de oxalilo es muy fácil de emplear
porque hierve a 62ºC y se evapora de la mezcla de reacción.
10.
Condensación de los ácidos con los alcoholes. Esterificación de Fischer.
Los ácidos carboxílicos se convierten directamente en ésteres mediante la esterificación
de Fischer, al reaccionar con un alcohol con catálisis ácida.
11.
Reducción de los ácidos carboxílicos.
El hidruro de litio y aluminio (LiAlH4) reduce los ácidos carboxílicos para formar
alcoholes primarios. El aldehído es un intermediario en esta reacción, pero no se puede
ailar porque se reduce con mayor facilidad que el ácido original.
12.
Alquilación de los ácidos carboxílicos para formar cetonas.
Un método general para prepara cetonas es la reacción de un ácido carboxílico con 2
equivalentes de un reactivo de organolitio.
13.
Descarboxilación de los radicales carboxilato.
Los ácidos carboxílicos se pueden convertir en halogenuros de alquilo con
pérdida de un átomo de carbono mediante la reacción de Hunsdiecker.
2. Alcohol
Generalidades.- Los alcoholes son los derivados hidroxilados de los hidrocarburos, al
sustituirse en éstos los átomos de hidrógeno por grupos OH. Según el número de grupos OH
en la molécula, unido cada uno de ellos a distinto átomo de carbono, se tienen alcoholes mono,
di, tri y polivalentes. Los alcoholes alifáticosmonovalentes son los más importantes y se llaman
primarios, secundarios y terciarios, según que el grupo OH se encuentre en un carbono
primario, secundario o terciario:
R-CH2OH
Alcohol primario Alcohol secundario Alcohol teciario
Nomenclatura.- Cuando uno de los hidrógenos del agua (H2O) se sustituye por un grupo
alquilo, se dice que el compuesto resultante es un alcohol:
H à OH R à OH
Hay varias formas de nombrar a los alcoholes. La primera es derivar el nombre a partir del
hidroarburo del mismo número de carbonos y utilizar la terminación ol.
Ejemplos:
CH3-H CH3-OH CH3-CH2-H CH3-CH2-OH
Metano metanol etano etanol
Cuando el grupo OH etá al final de la cadena del hidrocarburo, se concidera que está unido al
carbono 1.
Ejemplos:
CH3-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-OH 1-hexanol
En los alcoholes arborescentes se busca la cadena más larga posible de átomos de carbono
que incluyan el radical OH-, por ejemplo, el carbono número 1 unido al OH-:
CH3
234|56
CH3-CH2-CH2-CH-CH2-CH-CH2-CH3 4-metil-2-propil-1-hexanol
|
1 CH2-OH
Cuando el grupo –OH aparece en más de una posición en la cadena carbonada, se debe
indicar también su posición según el átomo de carbono al que esté unido.
A veces es conveniente designar a los alcoholes y considerarlos como derivados del metanol
(carbinol) CH3-OH; en este sistema los grupos alquilo que sustituyen los enlaces del carbono e
hidrógeno en el grupo metilo son los que se emplean, seguidos del término carbinol.
Un terces sistema de nomenclatura acostumbrado para nombrar los alcoholes es, en los casos
simples, hacerlos derivar del grupo funcional del cual provienen y usar la terminación ílico, se
escribe primero la palabra alcohol.
El metanol es muy tóxico, produce ceguera y se emplea como solvente para barnices, el etanol
100% puro es venenosopero en solución acuosa además de tener propiedades antisépticas
puede emplearse en bebidas de moderación.
Ejemplos:
Compuesto
IUPAC
Carbinol
Común
CH3-OH
Metanol
Carbinol
Alcohol metílico
CH3-CH2-OH
Etanol
Metil-carbinol
Alcohol etílico
CH3-CH2-CH2-OH
1-propanol
Etil-carbinol
Alcohol propílico
CH3-CH-CH3
2-propanol
Dimetil-carbinol
Alcohol isopropílico
|
OH
CH3-(CH2)3-OH
1-butanol
Propil-carbinol
Alcohol n-butílico
CH3-(CH2)2-CH-CH2-OH
2-Etil-1-pentanol
(3)hexil-carbinol
OH-CH2-CH2-OH
1,2-etanodiol
Etilén-glicol
CH2-CH-CH2
1,2,3-propanotriol
Glicerol o glicerina
|||
OH OH OH
El alcohol es el término aplicado a los miembros de un grupo de compuestos químicos del
carbono que contienen el grupo OH.
Dicha denominación se utiliza comúnmente para designar un compuesto específico: el alcohol
etílico o etanol. Proviene de la palabra árabe al-kuhl, o kohl, un polvo fino de antimonio que se
utiliza para el maquillaje de ojos.
En un principio, el término alcohol se empleaba para referirse a cualquier tipo de polvo fino,
aunque más tarde los alquimistas de la Europa medieval lo utilizaron para las esencias
obtenidas por destilación, estableciendo así su acepción actual.
Los alcoholes tienen uno, dos o tres grupos hidróxido (-OH) enlazados a sus moléculas, por lo
que se clasifican en monohidroxílicos, dihidroxílicos y trihidroxílicos respectivamente.
El metanol y el etanol son alcoholes monohidroxílicos. Los alcoholes también se pueden
clasificar en primarios, secundarios y terciarios, dependiendo de que tengan uno, dos o tres
átomos de carbono enlazados con el átomo de carbono al que se encuentra unido el grupo
hidróxido.
Los alcoholes se caracterizan por la gran variedad de reacciones en las que intervienen; una
de las más importantes es la reacción con los ácidos, en la que se forman sustancias llamadas
ésteres, semejantes a las sales inorgánicas.
Los alcoholes son subproductos normales de la digestión y de los procesos químicos en el
interior de las células, y se encuentran en los tejidos y fluidos de animales y plantas.
Etanol: El alcohol de vino, alcohol etílico o etanol, de fórmula C2H5OH, es un líquido
transparente e incoloro, con sabor a quemado y un olor agradable característico.
Es el alcohol que se encuentra en bebidas como la cerveza, el vino y el brandy. Debido a su
bajo punto de congelación, ha sido empleado como fluido en termómetros para medir
temperaturas inferiores al punto de congelación del mercurio, -40 °C, y como anticongelante en
radiadores de automóviles.
Normalmente el etanol se concentra por destilación de disoluciones diluidas.
El de uso comercial contiene un 95% en volumen de etanol y un 5% de agua. Ciertos agentes
deshidratantes extraen el agua residual y producen etanol absoluto.
El etanol tiene un punto de fusión de -114,1 °C, un punto de ebullición de 78,5 °C y una
densidad relativa de 0,789 a 20 °C.
Desde la antigüedad, el etanol se ha obtenido por fermentación de azúcares. Todas las
bebidas con etanol y casi la mitad del etanol industrial aún se fabrican mediante este proceso.
El almidón de la patata (papa), del maíz y de otros cereales constituye una excelente materia
prima. La enzima de la levadura, la cimasa, transforma el azúcar simple en dióxido de
carbono.
La reacción de la fermentación, representada por la ecuación C 6H12O6 ± 2C2H5OH + 2CO2 es
realmente compleja, ya que los cultivos impuros de levaduras producen una amplia gama de
otras sustancias, como el aceite de fusel, la glicerina y diversos ácidos orgánicos.
El líquido fermentado, que contiene de un 7 a un 12% de etanol, se concentra hasta llegar a un
95% mediante una serie de destilaciones.
En la elaboración de ciertas bebidas como el whisky y el brandy, algunas de sus impurezas son
las encargadas de darle su característico sabor final.
La mayoría del etanol no destinado al consumo humano se prepara sintéticamente, tanto a
partir del etanal (acetaldehído) procedente del etino (acetileno), como del eteno del petróleo.
También se elabora en pequeñas cantidades a partir de la pulpa de madera.
Obtención.- los alcoholes se obtienen generalmente por hidrólisis de los halogenuros de alquilo
con álcali acuoso o tambíen óxido de plata en suspensión en agua:
RX+[AgOH] à ROH+Xag
Mediante hidrólisis de los ésteres con álcalisis:
Propiedades físicas.- Los alcoholes son compuestos incoloros, cuyos primeros términos son
líquidos solubles en agua; del C5 al C11 son aceitosos e insolubles en agua y los superiores son
sólidos e isolubles en agua. El punto de ebullición aumenta con el número de carbonos, dentro
de un grupo de isómeros, el alcohol primario tiene el punto de ebullición más alto,
disminuyendo hasta el terciario.
Propiedades químicas.- Los alcoholes se conducen, desde el punto de vista químico, de la
siguente manera:Reaccionan con los ácidos orgánicos e inorgánicos para formar ésteres:
Con los halogenuros dan productos de oxidación en los que se encuentran halógenos:
CH3-Cl2OH à CCl3-COH
Cl2
Reaccionan con los metales fuertemente positivos:
2C2H5OH + 2Na à 2C2H5ONa +H2
Etóxido sódico
Los alcoholes se deshidratan (800°C) dando alefinas:
R-CH2CH2OH à R-CH=CH2+H2O
Alcohol metilico o metanol, recibe también los nombres de metanol y carbinol y su formula es
CH3OH. Se puede preparar por destilación de la madera, por lo que se le llama también
"espíritu de la madera". Actualmente se obtiene por reacción del óxido de carbono e hidrógeno
a altas temperaturas y presiones, empliando catalizadores de óxido de zinc y cromo:
CO2+2H2 à CH3OH
El metanol es un líquido incoloro, muy tóxico, que provoca la ceguera e incluso la muerte si se
ingiere. Es inflamable y miscible con el agua, en todas las proporciones, y con la mayoría de
los disolventes orgánicos. Se utiliza como disolvente de pinturas, barnices, lacas, etc., en la
fabricación de perfumes, colorantes, etc., para la obtención del etanol desnaturalizado y en
mezclas anticongelantes para radiadores de automóviles.
Alcohol etílico o etanol, se le denomina también "espíritu de vino" y tiene la fórmula CH 3CH2OH. Se obtiene corrientemente por fermentación de ciertos azúcares, especialmente
glucosa, y en este proceso se utilizan materias primas las mezclas azucareras.
El etanol es un líquido incoloro, inflamable, con punto de ebullición a 78.1°C, miscible en agua
en todas las proporciones y también en la mayoría de los disolentes orgánicos. Se utiliza en
numerosas síntesis, para la preparación de ésteres, éteres, cloroformo, etc., como disolventede
resinas, pinturas, gomas, etc., en perfumería y como combustible.
3. Eteres
Generalidades.- Los éteres son compuestos orgánicos que tienen como fórmula general
CnH2n+2O y su estructura se expresa por R-O-R´. Pueden clasificarse como derivados de los
alcoholes, al sustituir el hidrógeno del grupo hidroxilo por otro radical alquilo, y son análogos a
los óxidos de los metales monovalentes, por lo que se concideran también como óxidos
orgánicos (óxidos de alquilo o anhídridos de alcoholes).
Cuando los dos grupos alquilos de un éter son iguales, éste se llama éter simétrico o simple
(por ejemplo C2H5-O-C2H5 o éter dietílico): cuando los dos grupos alquilo son diferentes, se
habla de éter asimétrico o mixto (por ejemplo CH3-O-C2H5 o etil-metil éter).
Nomenclatura.- Estos compuestos orgánicos se consideran como producto de la sustitución del
hidrógeno del grupo hidroxilo de los alcoholes , por un radical alquilo o arilo. Se tiene cuatro
sistemas para nombrar a los éteres:
1.
Con los nombres de los radicales ligados al oxígeno, unidos con la palabra oxi,
nombrando primero al radical más simple.
2.
Se nombran los grupos alquilo unidos al oxígeno, seguido por la palabra éter o como
éter de los radicales alquílicos unidos al oxígeno.
3.
Si un miembro no tiene nombre simple puede nombrarse el compuesto como un
derivado alcoxi.
4.
Considerándolos como óxidos de los radicales unidos al oxígeno, cuando estos son
iguales.
Ejemplos:
Compuesto
Nombre
CH3-O-CH3
Metil-oximetil
Dimetil-éter ó éter dimetílico
Metoxi-metano
Oxido de metilo
CH3-CH2-O-CH2-CH3
Etil-oxietil
Dietil-éter ó éter dietílico
Etoxi-etano
Oxido de etilo
CH3-O-CH-CH3
Metil-oxiisopropil
|
Metil-isopropil éter
CH3
2-metoxi-isopropano
CH3-CH2-CH2-CH-CH2-CH3
Metil-oxi-(3)-hexil
|
Metil-(3)-hexil éter
O-CH3 3-metoxi-hexano
CH3
Etil-oxi-terbutil
|
Etil-terbutil éter
CH3-C-O-CH2-CH3
2-etoxi-2-metil-propano
|
CH3
Obtención.- Los éteres pueden obtenerse por deshidratación de los alcoholes con ácido
sulfúrico o también con ácido fosfórico glacial:
CH3-CH2OH+CH3-CH2OH à C2H5-O-C2H5+H2O
SO4H2
También se preparan calentando un alcóxido alcalino con los halogenuros de alquilo:
RONa+R´X à R-C-R´+Xna
Propiedades físicas.- Los términos inferiores son gaseosos o líquidos volátiles de olor
agradable. Tienen puntos de ebullición más bajos que los de los alcoholes del mismo número
de átomos de carbono y son menos densos que el agua y poco solubles en ella.
Propiedades químicas: Si se calientan los éteres a presión con ácido sulfúrico diluido se
transforman en alcoholes:
R-O-R+H2O à 2ROH
SO4H2
Dan reacciones de sustitución con los halógenos:
CH3-CH2-O-CH2-CH3 à CH3-CHCl-O-CH2-CH3 à CH3-CHCl-O-CHCl-CH3
Cl2 Cl2
Si esta reacción se realiza a la luz, se sustituyen todos los átomos de hidrógeno, formándose:
CH3-CCl2-O-CCL2-CCl3
El éter etílico también denominado éter sulfúrico, éter dietílico o simplemente éter, tiene como
fórmula CH3-CH2-O-CH2-CH3. Es un líquido incoloro, ligeramente soluble em agua, miscible con
etanol en todas las proporciones y es inflamable. Forma mezclas explosivas con el aire, lo cual
constituye un gran inconveniente para sus aplicaciones. El punto de ebullición es 34.5°C.
Se utiliza en la industria como disolvente de grasas, aceites, resinas, etc. También se emplea
como refrigerante y anestésico.
4. Cetona y aldehidos
Generalidades.- Si los alcoholes constituyen el primer grado de oxidaciòn de los hidrocarburos,
los aldehídos y las cetonas representan el segundo. Se ha visto anteriormente que los
alcoholes primarios se oxidan en aldehidos y los secundarios en cetonas; continuando la
oxidación se producirán ácidos orgánicos que corresponden al tercer grado de oxidación.
La formula general de un aldehído es
Y la de una cetona
La existencia de ambos tipos de compuestos del grupo carbonilo
.
implica una serie de
propiedades comunes, que dependen de la reactividad del doble enlace de dicho grupo.
Nomenclatura.- Los compuestos que contienen el grupo carbonilo (C=O)se conocen como
aldehidos y cetonas. Si uno de los átomos unido al gripo carbonilo es un átomo de hidrógeno,
el compuesto es un aldehído (
). El otro átomo o grupo de átomosunidos al carbonilo
pueden ser hidrógeno o radicales alquil. En el caso de las cetonas, ambos grupos unidos al
carbonilo son alquilos (
).
En el sistema IUPAC la terminación característica para los aldehídos es al y para las cetonas
ona, las cuales se añaden al nombre original del hidrocarburo (suprimiendo la terminación
"o"de éste) que tenga el mismo número de átomos de carbono.
Por lo común, el compuesto se denomina como derivado de la cadena continua más larga de
átomos de carbono, incluyendo el grupo funcional carbonilo. En el caso de los aldehídos, el
grupo –CH=O tiene que aparecer siempre al final de la cadena e indicar siempre el número 1,
aunque este número no aparece en el nombre. Sin embargo, en el caso de las cetonas el
grupo carbonilo puede estar en posiciones diversas en una cadena carbonada y su posición
debe indicarse con el número más bajo posible. Los demás sustituyentes quedan indicados por
el número adecuado y el prefijo destinado a indicar sus posiciones en la cadena carbonada.
También se emplean nombres comunes para aldehídos y cetonas. Los aldehídos se
denominan por lo general como derivados del ácido correspondienteque puedan formar por
oxidación, la terminación ico del ácido se suprime y se sustituye por el término aldehído.
Las cetonas, con excepción de la acetona, se nombran según los grupos alquilo unidos a la
función carbonilo seguidos de la palabra cetona.
Ejemplos:
Aldehídos
Compuesto
Nombre
H-CH=O
Metanal ó formaldehído
CH3-CH=O
Etanal ó acetaldehído
CH3-CH2-CH=O
Propanal ó propionaldehído
CH3-(CH2)6-CH=O
Octanal ó caprilaldehído
Cetonas
Compuesto
Nombre
CH3-C-CH3
Propanona; dimetil-cetona ó acetona
‫װ‬
O
CH3-CH2-C-CH3
Butanona; metil-etil cetona
‫װ‬
O
CH3
2-metil-3-pentanona
|
CH3-CH-CO-CH2-CH3
CH2-CH3
4,4-dietil-3-octanona
|
CH3-CH2-CH2-CH2-C-C-CH2-CH3
|‫װ‬
CH3-CH2 O
Obtención.- La obtención de aldehídos y cetonas se efectúa por oxidación de alcoholes
primarios y secundarios, hecha con dicromato potásicoen médio ácido, por hidrólisis del
acetileno para obtener un aldehído:
HC≡CH+M2O à CH3-COH
SO4H2
Por hidrólisis de los alqinos, salvo el acetileno, para producir cetonas:
CH3-C≡CH+H2O à CH3-CO-CH3
Puede realizarse la hidrólisis de los derivados dihalogenados de los hidrocarburos con
halógenos en el mismo átomo de carbono para obtener aldehídos o cetonas:
CH3-CHCl2+2H2O à 2ClH+CH3-COH+H2O
CH3-CCl2-CH3+2H2O à 2ClH+CH3-CO-CH3+H2O
Propiedades físicas.- Con la excepción del metanal, que es un gas, los aldehídos y las cetonas
que tienen hasta diez átomos
de carbono son líquidos de olor agradable, sobre todos las últimas. Son muy solubles en
disolventes orgánicos, pero sólo son solubles en agua los primeros términos de cada clase.
Esta solubilidad en agua es mucho mayor en disoluciones de ácidos fuertes, puesto que
aceptan protones y forman sales de oxonio.
Propiedades químicas.- La reactividad de aldehídos y cetonas de debe al carácter no saturado
del grupo carbonilo. Por reducción se obtienen los alcoholes correspondientes:
CRH=O+[H] à R-CH2OH
RRC=O+[H] à R-CHOH-R
Reacciones de diferenciación.- A diferenca de las cetonas, los aldehídos son reductores
fuertes, lo que se manifiesta con una disolución de NO 3Ag amoniacal, que les hace depositar
en espejo brillante de plata metálica (reactivo de Tollens), y con el reactivo de Fehling
(disolución alacalina de sulfato cúprico y tartrato sódico potásico), al formarse un precipitado de
óxido cúprico de color rojo. Los aldehídos se polimerízan fácilmente, formando sustancias de
elevado peso molecular sin alterar la composición elemental. Las cetonas no se polimerizan.
5. Acido Carboxilico
Generalidades.- Los ácidos orgánicos contienen carbono , oxígeno e hidrógeno y se encuentra
en su molécula el radical monovalente carboxilo –COOH. Se denominan monoácidos cuando
sólo hay un grupo carboxilo, diácios y triácidos, si tienen respectivamente dos o tres, etc.
Poseen las mismas propiedades que los ácidos en general, es decir, enrojecen el papel
tornasol, dan reacciones de neutralización con las bases, atacan a los metales desprenciendo
hidróheno, tec., y se hallan disociados, aunque débilmente, en iones H + de la forma siguente:
Con los alcoholes forman ésteres por la reacción llamada de esterificación:
R-COOH+R´OH à R-COOR´+H2O
Con los halógenos reaccionan realizándose sustituciones de los átomos de hidrógeno
contenidos en el carbono vecino de la función ácido:
CH3-COOH+Cl2 à CH2Cl-COOH+ClH
Con los cloruros de fósforo dan cloruros de ácido:
3CH3-COOH+Cl3P à PO3H3+3CH3-COOH
Está ubicado siempre en el extremo de la cadena de carbonos.
Nomenclatura.- Los ácidos carboxílicos se definen como compuestos orgánicos que contienen
uno o más grupos carboxilos (-COOH) en la molécula. El nombre sistemático de los ácidos se
obtiene usando el nombre del hidrocarburo con cadena más larga, sin arborescenciasque
incluya al grupo carboxilo, y sustituyendo la terminación o del alcano por oico, anteponiendo la
palabra ácido.
También se tienen nombres comunes debido a que muchos de ellos se conocen desde hace
mucho tiempo y su nombre se deriva de las fuentes naturales. Estos nombres no se
recomiendan en la actualidad excepto para los ácidos más sencillos, ya que es más simple y
lógico aplicar la nomenclatura sistemática a todos los ácidos. Ocasionalmente se puede poner
al final del nombre del hidrocarburo la palabra carboxílico, por ejemplo:
Compuesto
Nombre
H-COOH
Acido fórmico o ácido metanoico
CH3-COOH
Acido acético, ácido etanoico, metano
carboxílico
CH3-CH2-COOH
Acido propiónico, ácido propanoico, etano
carboxílico
CH3-(CH2)2-COOH
Acido butírico, ácido butanoico, propano
carboxílico
CH3-(CH2)5-COOH
Acido enántico, ácido heptanoico, hexano
carboxílico
Para nombrar los ácidos orgánicos con ramificaciones se toma como número 1 al carbono del
grupo carboxilo. Ejemplo:
CH3-CH-CH2-COOH CH2-CH2-CH2-COOH
||
Cl OH
Ácido 3-clorobutanoico ácido 4-hidroxibutanoico
Pero más utilizada que la nomenclatura sistemática de los ácidos es la nomenclatura común, la
cual usa indistintamente números o letras griegas para indicar la posición de los radicales o
sustituyentes. Al cabono 2 se le asigna la letra alfa (α) y asν sucesivamente en la cadena
principal. Ejemplo:
CH3-CH2-CH-COOH CH3-CH-COOH
||
NH2 I
Ácido α-aminobutílico ácido α-yodo propiónico
Obtención.- Los ácidos grasos se preparan por oxidación de alcoholes, aldehídos y cetonas,
realizada con dicromato potásico en medio ácido:
R-CH2OHà R-COHà R-COOH
R-CHOH-R´à R-COR´à R-COOH+R´-COOH
Por hidrólisis de las grasas naturales, que permiten obtener muchos ácidos grasos superiores,
y por acción de un ácido inorgánico fuerte sobre sales orgánicas:
CH3-COONa+ClHà ClNa+ROOH
El ácido butírico se encuentra en la mantequilla rancia y el ácido capróico en la leche de cabra.
Los ácidos caprónico, caprílico y caprínico (con 6, 8 y 10 átomos de carbono) se encuentran en
la manteca de leche de vaca y cabra. Los ácidos palmítico y esteárico se sacan del sebo y
sirven para la fabricación de velas. El ácido fórmico es el veneno que secretan las hormigas
cuando muerden, se encuentra también en el veneno de las abejas, en las orugas
procesionarias y en las ortigas, este ácido, es el más fuerte de la serie, es un líquido incoloro,
de olor picante y cáustico, muy reductor y se disuelve en agua en todas proporciones. El ácido
acético se encuentra en los alquitranes procedentes de la destilación de la madera, de donde
se extrae industrialmente, es un líquido incoloro, soluble, de olor picante, muy higroscópico y se
solidifica en cristales (acético glaciar) a 16.5°C, además de usarse como condimento (vinagre),
el ácido acético se emplea en el estampadode la lana y de la seda, en la farmacia, para la
fabricación de aspirinas y en la preparación de lacas y barnices. El ácido acrílico (CH 2=CHCOOH)se obtiene en la industria por acción del ácido cianhídrico sobre el óxido de etileno,
saponificando el nitrilo formado. Es un líquido que se solidifica a 12.3°C y hierve a 142°C.
6. Sales organicas y esteres
Los ésteres son el producto de la deshidratación entre una molécula de ácido y una de alcohol.
Para nombrarlos se cambia la terminación ico del nombre del ácido por el sufijo ato y el nombre
del radical derivado del alcohol, o bien el nombre del metal en el caso de las sales orgánicas.
Ejemplo:
Compuesto
Nombre
H-COO-CH3
Metanoato de metilo o formiato de metilo
CH3-COO-CH2-CH3
Etanoato de etilo o acetato de etilo
(CH3-COO)2Pb
Acetato de plomo
(CH3-COO)Na
Acetato de sodio
C17H35COONa
Estearato de sodio
Al reaccionar un ácido inorgánico u orgánico con un alcohol, se elimina el agua y se forma un
éster, en el que el hidrógenoácido ha sido reemplazado por un radical alquilo. Los ésteres,
aunque de constitución análoga a las sales, se diferencian de éstas en que no se ionizan. Son
también insolubles en agua y muy abundantes en la naturaleza, determinando el olor de las
frutas y las flores. Se designan cambiando la terminación oico del ácido por la de ato (nitratode
etilo, etanoato de metilo).
Obtención.- los ésteres se preparan por reacción de los yoduros de alquilo con sales de plata:
CH3-COOAg+ICH3à CH3-COOCH3+Iag
Por la acción de un cloruro de ácido sobre un alcohol.
CH3_COCL+NaOC2H5 à CH3-COOC2H5+CLNa
Propiedades químicas.- En las reacciones de los ésteres, la cadena se rompesiempre en un
enlacesencillo, ya sea entre el oxígeno y el alcohílo R, ya sea entre el oxígenoy el grupo R-CO, eliminando así el alcohol o uno de sus derivados (R´I, R´-O-Mg-X, por ejemplo). La
saponificación d los ésteres, llamada así por su analogía con la formación de jabones apartir de
las grasas, es la reacción inversa a la esterificación:
R-CO-O-R´+HO-Hà R-CO-OH+R´-O-H
Los ésteres se hidrogenman más fácilmente que lo ácidos, empleándose generalmente el éster
etílico tratado con una mezcla de sodio y alcohol, y se condensan entre sí en presencia de
sodio y con las cetonas.
7. Aminas
Generalidades.- Las aminas se concideran como derivados del amoniaco y resultan de la
sustitución de los hidrógenos de la molécula por los radicales alquilo. Según se sutituyan uno,
dos, tres o más hidrógenos, las amidas serán primarias, secundarias o terciarias,
respectivamente. Se designan poniendo la terminación amina, característica de la serie al
nombre de los grupos alquilo unidos al nitrógeno:
CH3-NH2 metilamina
(CH3)2NH dimetilamina
(CH3)2NC2H5 dimetiletilamina
Las aminas son simples cuando los grupos alquiloson iguales y mixtas si estos son diferentes.
Nomenclatura.- La sustitución se uno o más átomos de hidrógeno del amoniaco por radicales
orgánicos da una serie de compuestos llamados aminas. Las aminas se clasificasn de acuerdo
con el número de átomos de hidrógeno del amoniaco que se sustituyen por grupos orgánicos,
los que tienen un solo grupo se llaman aminas primarias, los que tieien dos se llaman aminas
secundaria y así sucesivamente. Ejemplo:
H H R´
|||
H-N-H R-N-H R-N-H
|||
(NH3) (R-NH2) (R2-NH)
Amoniáco Primaria Secundaria
Cunado se usan los prefijos de, tri, se indica si es una amina secundaria y terciaria,
respectivamente, con grupos o radicales iguales. Cuando se trata de grupos diferentes a estos
se nombran empezando por los más pequeños y terminando con el mayor al que se le agrega
la terminación amina. Algunas veces se indica el prefijo amino indicando la posición, más el
nombre del hidrocarburo.
Ejemplos:
Compuesto
Nombre
CH3-NH2
Metilamina o aminometano
CH3-NH-CH3
Dimetilamina ó metilaminometano
CH3-CH2-NH-CH2-CH2-CH3
Etil-propil-amina ó etil-amino-propano
Compuesto
Nombre
CH3-N-CH3
Trimetilamina ó dimetilaminometano
|
CH3
CH3
Metil-etil-propilamina ó metil-etil-aminopropano
|
N-CH2-CH2-CH3
|
CH2-CH3
Obtención.- Se obtiene de una mezcla de aminas primarias, secundarias y terciarias por el
método de Hoffman, consiste en calentar los halogenurios de alquilo con una solución etanólica
de amoniaco en tubo cerrado:
R-Cl+HNH2à ClH+R-NH2
RNH2+RCl à ClH+(R)2NH
(R)2NH+RClà ClH+R3N
R3N+RClà [R4N]+Cl- sal de amonio cuaternaria
Por destilación fraccionada en una solución de KOH se consigue separar las tres aminas,
gracias a la diferencia que existe entre sus puntos de ebullición, y la sal de amonio permanece
inalterada. Las aminas priomarias se pueden preparar también reduciendo con hidrógeno
(sodio+alcohol) los nitrilos:
CH3-C≡N+2H2 à C2H5-NH2 etilamina
Propiedades y diferenciación.- En las aminas, los términos más bajos son gaseosos y solubles
en agua, los intermedios son líquidos y los superiores son sólidos. La solubilidad en agua
disminuye según aumenta el peso molecular. Los primeros terminos son volátiles y de olor
amoniacal.
Todas las aminas son bases, incluso más fuertes que el amoniaco:
R-NH2+H2O à RNH3-+OHReaccionan con los ácidos, formando sales de amonio:
CH3-NH2+ClH à [CH3-NH3]+ClReaccionan con los halogenuros de alquilo, dando halogenuros de amonio aquilo sustituidos.
Los tres tipos de aminas se diferencian principalmente por su comportamiento con el ácido
nitroso, las primarias suelen formar alcohol y desprender nitrógeno, las secundarias forman
nitrosamidas y las terciarias no reaccionan con el ácido nitroso.
El grupo amino es constituyente principal de las proteínas y varias aminas tienen olor a
pescado.
8. Amidas
Generalidades.- Las amidas responden a la fórmula general
y se separan
deshidratando las sales amónicas de los ácidos grasos:
R-CO-O-NH4 à R-CO-NH2+H2O
Se forman igualmente en la reacción de los cloruros de ácido con el amoniaco y en la
hidratación de los nitrilos. Se denominan en la función del ácido de que se derivan: formamida
(H-CO-NH2), acetamida (CH3-CO-NH2), etc.
Nomenclatura.- Las amidas se concideran como el producto de la sustitución del hidroxilo del
grupo funcional carboxilo por un grupo amino; su fórmula general es: R-CONH2.
Se nombran cambiando la terminación ico del ácido por la palabra amida. Ejemplo:
Compuesto
Nombre
CH3-CONH2
Etanoamida ó acetamida
H-CONH2
Metanoamida ó formamida
Si la amida contiene us sustituyente en el nitrógeno, éste debe indicarse como prefijo. Ejemplo:
CH3-CO-NH-CH3 N-metil acetamida
C2H5-CO-NH-C2H5 N-etil propanamida
Propiedades.- Las amidas se presentan en forma de sólidos cristalizados, y la determinaciónde
su punto de fusión puede servir para caracterizar los ácidos de los que se derivan. Son
solubles en el alcoholy en el éter, pero sólo si los primeros de la serie son solubles en agua. La
amidas constituyen el término intermedio de hidratación entre los nitrilos (R-C≡N) y las sales
amónicas de los ácidos (R-CO-O-NH4): R-C≡Nà R-CO-NH2à R-CO2NH4
Se hidratan por acción de los ácidos minerales o de los álcalis diluidos y se transforman en
ácidos grasos. En cambio, los deshidratantes conducen a la formación de nitrilos. Son, al
mismo tiempo, bases y ácidos muy débiles, lo que hace que formen sales muy hidrolizables
con el ácido clorhídrico. Pueden engendrar además derivados sódicos tales como: R-CO-NHNa
Esta propiedad, característica de ciertos cuerpos, que consiste en poder foemar en distintas
condiciones el catión o el anión de una sal, constituye el carácter anfótero de los mismos.
Por acción del hipoclorito o del hipobromito de sodio, las amidas R-CO-NH2se transforman en
aminas R-NH2. El átomo de carbono de la amida se elimina en forma de anhídrido carbónico.