Compuestos oxigenados (completo)

COMPUESTOS ORGÁNICOS OXIGENADOS
Introducción
Los compuestos oxigenados orgánicos son numerosos puesto que el átomo de oxígeno,
dada su estructura, permite una gran variedad de enlaces y posibilidades de combinación.
Según sean los grupos funcionales en los cuales está presente el oxígeno, los compuestos
oxigenados se clasifican en alcoholes (R-OH), fenoles (Ar-OH), aldehídos (R-CHO), cetonas
(R-CO-R'), ácidos carboxílicos (R-COOH), ésteres (R-COOR') y éteres (R-O-R').
Las propiedades de cada uno de estos grupos son totalmente diferentes y en este tema
pretendemos dar únicamente una introducción a cada uno de ellos, destacando su
nomenclatura, características y reacciones más importantes.
ALCOHOLES
Se denomina alcohol a toda aquella sustancia que posea un grupo oxidrilo (OH) unido
directamente a un átomo de carbono. Pueden clasificarse en:
a. Alcoholes primarios: Se caracterizan porque el carbono unido al grupo -OH está en un
extremo de la cadena:
Se nombran igual que el hidrocarburo del que provienen pero con la terminación ol.
Si el alcohol no es la función principal, se nombran con el prefijo hidroxi con la
numeración correspondiente, por ejemplo:
b. Alcoholes secundarios: La función alcohol está en un carbono secundario:
y, de la misma manera que antes, si la función alcohol no es la principal:
(recuerda que hay que nombrar los sustituyentes por orden alfabético)
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c. Alcoholes ternarios: La función alcohol está en un carbono ternario.
d. Alcoholes aromáticos: Los compuestos que llevan el grupo -OH sobre anillos bencénicos
monocíclicos y bicíclicos se llaman respectivamente fenoles y naftoles. Por ejemplo:
Propiedades físicas

Los alcoholes de menos átomos de carbonos son solubles en agua debido a la polaridad
del grupo oxidrilo:
al ir aumentando el peso molecular, la solubilidad va disminuyendo, dado que el resto de la
cadena no es polar (por la escasa diferencia de electronegatividad que hay entre el C y el H y
la simetría de los enlaces).

El punto de ebullición va aumentando a medida que aumenta el número de átomos de
carbono de la cadena. Los alcoholes de menos átomos de carbono (metanol, etanol),
tienen puntos de ebullición anormalmente altos debido a los enlaces por puentes de
hidrógeno:
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Obtención
a.- Hidrólisis de halogenuros de alquilo. Es una reacción de doble sustitución o
intercambio:
b.- Hidratación de alquenos. Es una reacción de adición en la que se rompe el doble
enlace y sus carbonos se unen a un H y un OH siguiendo la regla de Marcovnikov: el H
se une al carbono que mayor número de H tiene (en este ejemplo, da igual):
c.- Fermentación de líquidos azucarados: Por ejemplo, el etanol o alcohol etílico (que es el
"alcohol" del lenguaje vulgar), constituyente embriagante de las bebidas alcohólicas, se
obtiene por la fermentación de azúcares por la acción de levaduras:
Reacciones químicas
En los alcoholes podemos distinguir dos tipos de enlaces:
el enlace R-O y el enlace O-H. Según cuál de los dos se rompa dará lugar a tipos diferentes
de reacciones:
a.- Rotura del enlace O-H: Es el caso menos frecuente. Se produce en presencia de un metal
alcalino obteniéndose un compuesto iónico denominado alcóxido. Por ejemplo:
al CH3ONa se le llama metóxido sódico.
b.- Rotura del enlace R-O: Hay varios tipos de ellas:
i. Sustitución (un átomo o grupo de átomos de la cadena es sustituido por otro):
es una reacción muy empleada para la obtención de derivados halogenados.
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ii. Deshidratación. Es una reacción de eliminación en la que se pierde agua, entre dos
átomos contiguos de la cadena, originándose un doble enlace:
los agentes deshidratantes más utilizados son el ácido sulfúrico (H2 SO4),
el bisulfato sódico (NaHSO4) y el ácido fosfórico (H3PO4). Por ejemplo:
c.- Reacciones de oxidación con agentes inorgánicos como el ión permanganato o el ión
dicromato:
MnO4
,
Cr2O7 2
- Con alcoholes primarios se obtiene el ácido correspondiente (pasando por el
aldehído como producto intermedio):
I.O. (C) = -1
I.O. (C) = +1
I.O. (C) = +3
- Si el alcohol es secundario, se obtiene la cetona correspondiente:
- Si el alcohol es ternario, no se produce la reacción en condiciones normales:
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ALDEHÍDOS Y CETONAS
Estructura y nomenclatura
Son compuestos orgánicos que tienen un carbono unido con un doble enlace a un oxígeno
(grupo carbonilo). Si el carbono es terminal será un aldehído y si es un carbono secundario,
será una cetona.
Los aldehídos tienen la siguiente estructura:
Si se escribe la fórmula semidesarrollada, los aldehídos se escriben como R-CHO, con el
oxígeno al final, para diferenciarlos mejor de los alcoholes (R-OH).
Se nombran igual que el hidrocarburo del que provienen pero con la terminación al. Ejemplo:
(recuerda que hay que nombrar los sustituyentes por orden alfabético)
Las cetonas tienen la siguiente estructura:
Se nombran con la terminación ona e indicando el número del carbono que posee ese
doble enlace con el oxígeno. Por ejemplo:
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se puede comprender que no hay cetonas con un número de carbonos inferior a tres:
observa en este compuesto no es necesario especificar en qué carbono está ubicado el
carbono que está unido al oxígeno (grupo carbonilo), debido a que si estuviese en los
carbonos terminales no sería una cetona sino un aldehído y si se sitúa en cualquiera de los
dos compuestos intermedios los compuestos resultantes son idénticos.
En casos complejos en los que haya otra función principal, la cetona (o el aldehído) se puede
nombrar como sustituyente utilizando la partícula oxo. Por ejemplo:
Por otra parte, el nombre vulgar de una cetona está formado por el sufijo cetona y los prefijos
de los nombres de los grupos alquilo a los que está unido el grupo carbonilo en orden
alfabético. Por ejemplo:
Propiedades físicas
Los aldehídos y las cetonas son compuestos generalmente líquidos si tienen bajo peso
molecular. En este caso se disuelven muy bien en agua debido a la polaridad del enlace del
grupo carbonilo.
C δ
O 
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Obtención
Como ya hemos comentado, los aldehídos y las cetonas se obtienen por oxidación de
alcoholes catalizados por agentes químicos:
- Si el alcohol es primario se obtiene el aldehído correspondiente:
recordemos que en este tipo de reacciones también se puede obtener el ácido correspondiente
- Si el alcohol es secundario se obtiene la cetona correspondiente:
- Los alcoholes ternarios no presentan este tipo de reacciones.
Reacciones químicas
a. Reacciones de adición: Consisten en el ataque al grupo carbonilo (-C=O) por parte de un
reactivo nucleófilo, generalmente un anión, por ejemplo:
se rompe el doble enlace del oxígeno, uniéndose el oxígeno al hidrógeno y el carbono
al resto del grupo. Otro ejemplo sería:
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b. Reacciones de condensación: se verifican en presencia de un catalizador básico fuerte:
c. Reacciones oxidación-reducción: Se observan diferencias entre los aldehídos y las
cetonas.
i. Mientras que las cetonas son bastante estables a la oxidación:
ii. Los aldehídos son fácilmente oxidables a ácidos debido a que los aldehídos son
buenos reductores:
Esto sirve para diferenciar los aldehídos de las cetonas, y la prueba de Tollens se basa en esta
propiedad. Dicha prueba consiste en mezclar el aldehído con una disolución de nitrato de
plata en amoniaco (formándose un complejo de plata amoniacal cuya fórmula es
(Ag(NH3)2)+):
el aldehído se oxida a ácido y la plata se reduce a metal (apareciendo un espejo de plata en
las paredes del tubo de ensayo donde se verifica la reacción). Dicha reacción no se produce
con las cetonas.
iii. En contrapartida, la reducción es sencilla tanto para aldehídos como para cetonas
utilizando hidrógeno y un catalizador (platino).
los aldehídos se reducen a alcohol primario y las cetonas se reducen a alcohol secundario.
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Aldehídos y cetonas de especial importancia
El metanal o formaldehído: También llamado vulgarmente formol se utiliza como
antiséptico, como punto de partida para la fabricación de otros compuestos orgánicos y para
la preparación de resinas sintéticas.
Las disoluciones de formol también se utilizan para conservar y endurecer muestras de
tejidos y órganos.
Como gas también se emplea para desinfectar habitaciones y locales, ya que destruye formas
de vida inferiores.
La propanona o acetona: Es un líquido incoloro de olor agradable miscible totalmente
en agua, metanol y éter etílico. Se utiliza principalmente como disolvente de muchas
sustancias orgánicas (pinturas, esmaltes, etc.).
ÁCIDOS CARBOXÍLICOS
Estructura
Se caracterizan por tener un grupo llamado carboxilo (-COOH). Su estructura es:
Nomenclatura
Los ácidos de más bajo peso molecular poseen nombres característicos muy arraigados
que se utilizan con mucha frecuencia:
Fórmula
Nombre
HCOOH
CH3 - COOH
CH3 - CH2 - COOH
CH3 - CH2 - CH2 - COOH
Ac. metanoico (fórmico)
Ac. etanoico (acético)
Ac. propanoico (propiónico)
Ac. butanoico (butírico)
La IUPAC recomienda nombrarlos con la palabra ácido delante y la terminación oico.
La cadena principal no tiene porque ser la más larga sino aquella que contiene al grupo
carboxilo, y el carbono de este grupo es el numerado como "1" a la hora de nombrar los
posibles sustituyentes. Por ejemplo:
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Los grupos carboxilo, es evidente que sólo pueden situarse en carbonos terminales, por lo
que si en una misma molécula hay dos grupos ácido, no es necesario especificar dónde se
encuentran:
También los grupos carboxílicos pueden unirse a grupos aromáticos. Uno de los más
importantes es el llamado ácido benzoico (C6H5COOH):
Propiedades físicas
- Los ácidos de pocos átomos de carbono son solubles en agua, debido a la polaridad del
grupo carboxilo, y poseen un olor desagradable.
-
O
– C
+
O–H
- +
- Los de más bajo peso molecular tienen puntos de ebullición elevados comparados con los
que poseen otras sustancias de peso molecular parecido debido a los enlaces por puente de
hidrógeno, que hasta incluso hacen que las moléculas de ácido se puedan dimerizar:
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- Son, por lo general, ácidos débiles, debido a la facilidad que tienen para desprender
protones:
y el anión presenta una estructura resonante en la que los dos enlaces C-O son iguales:
Dicha acidez disminuye a medida que aumenta su peso molecular. Observa los pKa que se
dan en la siguiente tabla:
Fórmula
Nombre
pKa
HCOOH
CH3 - COOH
CH3 - CH2 - COOH
CH3 - CH2 - CH2 COOH
Ac. fórmico
Ac. acético
Ac. propanoico
3'75
4'75
4'87
Ac. butanoico
4'81
Obtención
Por oxidación de alcoholes primarios y/o aldehídos. Los agentes oxidantes químicos
convierten a los alcoholes primarios en aldehídos y éstos últimos se oxidan fácilmente a
ácidos:
Reacciones químicas
a. Reacciones de neutralización:
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b. Reacciones de formación de ésteres: Es una reacción de condensación (adición +
eliminación). Se pueden catalogar también como reacciones de neutralización actuando el
alcohol como una base:
c.
Reacciones de reducción: El tratamiento de un ácido con ciertos agentes reductores
(como los hidruros metálicos complejos), conduce al alcohol primario correspondiente:
I.O. (C) = +3
I.O. (C) = +1
I.O. (C) = -1
d. Reacciones de deshidratación. Es una reacción de condensación (adición +
eliminación.): Dos moléculas de ácido se unen perdiendo agua cuando se les somete a
fuerte calefacción dando lugar a lo que se denomina un anhídrido:
e. Formación de cloruros de ácido:
Algunos ácidos carboxílicos importantes
Ácido fórmico (HCOOH): Se encuentra en las hormigas y en las ortigas. El dolor de las
picaduras de abejas, avispas, medusas, pólipos etc. es debidoo a dicho ácido.
Ácido acético (CH3-COOH): Es muy importante industrialmente ya que se emplea para
obtener acetato de celulosa, que se utiliza para la producción de películas fotográficas y
cinematográficas ininflamables, vidrio inastillable, lacas y barnices. También es el
responsable de la acidez del vinagre.
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ÉSTERES
Estructura y nomenclatura
Los ésteres tienen la siguiente estructura:
Obtención
Resultan de la unión de un ácido con un alcohol. Se trata de una reacción de condensación
(adición + eliminación) llamada esterificación:
Se nombran citando primero la raíz del ácido cambiando su terminación por el sufijo ato y a
continuación el nombre del radical correspondiente al alcohol. Por ejemplo:
Los ésteres son compuestos muy difundidos en la naturaleza. Los que provienen de ácidos
con pocos átomos de carbono forman parte de las esencias de flores y frutas, y son los
responsables de su aroma.
Así, el acetato de isoamilo se encuentra en el plátano, el butirato de amilo en el albaricoque,
el acetato de etilo en la piña tropical etc.
Los ésteres de los ácidos alifáticos lineales de cadena larga constituyen los aceites, grasas y
ceras que tanto abundan en los reinos animal y vegetal.
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Reacciones químicas
La única reacción importante de los ésteres es su hidrólisis en medio básico, que lleva
consigo la ruptura de enlaces.
a.
Con agua para dar el ácido y el alcohol correspondiente:
éster
+
agua
ácido
+
alcohol
como puedes observar, es la reacción inversa a la formación de ésteres, ya que son
reacciones de equilibrio.
b. Con álcalis para dar la sal y el alcohol correspondiente:
Un ejemplo particular de este tipo de reacciones es la llamada saponificación de grasas.
Dicho proceso consiste en la reacción de hidrólisis de grasas (que son poliésteres) con álcalis
fuertes, para la producción de ácidos grasos y jabón (sal sódica). Por ejemplo:
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ÉTERES
Estructura y nomenclatura
Los éteres constituyen una clase de compuestos oxigenados formados por dos
radicales hidrocarburos que se unen a través de un átomo de oxigeno:
El nombre "vulgar" de los éteres consiste en nombrar cada uno de los radicales a los que
está unido el oxígeno en orden alfabético, seguido con la terminación éter. Si los dos
radicales son idénticos (éteres simétricos), no es necesario indicar los dos radicales. Por
ejemplo:
Según la IUPAC, se construye el nombre del éter considerando:
a. El grupo más sencillo unido al oxígeno es el grupo alcóxido que se nombra igual
que el hidrocarburo del que provine terminado en oxi. Los más sencillos son:
Grupo
Nombre
CH3 - O CH3 - CH2 - O CH3 - CH2 - CH2 - O CH3 - CH2 - CH2 - CH2 - O C6H5 - O -
metoxilo
etoxilo
propoxilo
butoxilo
fenoxilo
b. Nombre del radical más complejo indicando con un número la posición del carbono
unido directamente al oxígeno.
CH3 - O – CH2 – CH3
metoxietano
CH3 - CH2 - O – CH2 - CH2 - CH2 – CH3
etoxibutano
Algunos éteres importantes
El éter etílico, dietiléter o simplemente éter (CH3-CH2-O-CH2-CH3) se utiliza como
disolvente y como anestésico general completamente satisfactorio. Sin embargo a causa de
sus efectos irritantes, hoy en día se utiliza mucho menos que antes con este fin.
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