Química Orgánica General Dra. Maribel Plascencia Jatomea Departamento de Investigación y Posgrado en Alimentos, DIPA Laboratorio de Microbiología y Micotoxinas 3er piso, Edificio 5P “Dr. Manuel Sánchez Lucero” E-mail: mplascencia@guayacan.uson.mx Capítulo 4: Nomenclatura y estructura de derivados oxigenados y nitrogenados. Derivados oxigenados. Grupo carbonilo. Derivados nitrogenados. Derivados oxigenados (DO) de los hidrocarburos Compuestos orgánicos cuyas moléculas existen grupos funcionales que contienen átomos de oxígeno. Compuestos oxigenados más importantes: Alcoholes Éteres y fenoles. Aldehídos. Cetonas. Ácidos carboxílicos. Ésteres. Compuestos oxigenados naturales Lípidos: grasas y ceras, terpenos, esteroides. Carbohidratos: triosas, aldotetrosas, aldopentosas, aldohexosas, cetosas. Carbohidratos diméricos y poliméricos. Derivados nitrogenados (DN) de los hidrocarburos El nitrógeno tiene la capacidad de formar enlaces sencillos, dobles y triples con los átomos de carbono, lo que determina que sean varios los grupos funcionales nitrogenados posibles. Derivados nitrogenados más importantes: Amidas. Nitrilos. Aminas. Nitrocompuestos. Compuestos nitrogenados de origen natural Aminoácidos. Polipéptidos. Alcaloides. Ácidos nucleicos (DNA, RNA). Aminocarbohidratos. DO: Alcoholes C O H This is the functional group of an alc Derivados de los hidrocarburos en los que se ha sustituido uno o más átomos de hidrógeno por el grupo hidroxilo (OH). Para nombrarlos se sustituye la terminación -o del hidrocarburo del que proceden por –ol. Pueden representarse en forma estructural de dos maneras: 1. 2. Como derivados alquilo del agua. Como hidroxi derivados de los alcanos. Grupogroup etilo Ethyl H2CH3C CH3CH3 109o H 105o O H Hydroxyl group Grupo hidróxido O H Etano Ethane Ethyl alcohol Alcohol etílico (ethanol) (etanol) Agua Water Al numerar la cadena principal se comienza por un extremo, de forma que al grupo OH le corresponda el número más bajo posible: Si en la molécula hay más de un grupo OH (polialcoholes), se utiliza la terminación -diol, -triol, etc., indicando con números la posición de los grupos OH. Cuando la función alcohol no es prioritaria, se nombra con el prefijo hidroxi- indicando delante su posición en la cadena. Dependiendo del carbono al cual se encuentre unido el grupo OH, los alcoholes se clasifican en tres grupos: 1°, 2° y 3°. 1o Carbon H H H C C H H O Ethyl alcohol (a 1o alcohol) OH CH 2OH H Geraniol Geraniol (a 1 alcohol with the odor of roses) (un alcohol 1° con aroma a rosas) o Benzyl alcohol (a 1o alcohol) H H 2o Carbon H H C C C H O H H H Isopropyl alcohol (a 2o alcohol) ¡Ý OH OH Menthol Mentol (a 2 alcohol found in pepermint oil) (un alcohol 2° encontrado en la esencia de menta) o OH CH 3 3o Carbon H H CH 3 H3C C O H H CH 3 tert-Butyl alcohol (a 3o alcohol) H O Norethindrone Noretisterona (an oral contraceptive that contains a 3o (anticonceptivo oralasque contiene alcohol group, as well a ketone groupun grupo de alcohol 3° lo mismo que una cetona y enlaces dobles y triples C-C. and carbon-carbon double and triple bonds) H2C DO: Éteres C O C CH2 O Ethylene oxide T The functional of an ether Compuestos formados por dos radicales alifáticos o aromáticos unidos por un puente de oxígeno. R R' O H 3C O or R R C O C The functional of an ether O H3C General formula for an ether H2C 110o Dimethyl ether Dimetil éter (a ether) (untypical éter clásico) CH2 O O Ethylene Óxido de oxide etileno Tetrahydrofuran Tetrahidrofurano(THF) (THF) Two cyclic ethers Dos éteres cíclicos Two c Se nombran anteponiendo a la palabra éter la denominación de los dos radicales ordenados alfabéticamente. Si los radicales son idénticos, se utiliza el prefijo di-. R R' O R H 3C O or R General formula for an ether 110o O H3C Dimethyl ether (a typical ether) DO: Fenoles Derivados del benceno en el que se han sustituido uno o más átomos del anillo por grupos OH. Se nombran como los alcoholes o como los derivados del benceno, utilizando el prefijo hidroxi-. DO: Aldehídos O R may also be H C R H Compuestos que poseen el grupo funcional CHO. Tanto aldehídos como cetonas contienen el grupo carbonilo: C O The carbonyl group Un átomo de carbono está unido a un átomo de oxígeno por medio de un doble enlace, y a un átomo de hidrógeno. O O O O C C C C H H H3C H Formaldehyde Acetaldehyde Formaldehído Acetaldehído C6H5 H Benzaldehyde Benzaldehído C6H5 H trans-Cinnamaldehyde trans-Cinamaldehído (presenteinencinnamon) la canela) (present Se nombran sustituyendo la terminación -o del hidrocarburo del que proceden por el sufijo -al. Se empieza a numerar la cadena principal por el extremo donde se encuentra el grupo aldehído. Si en el compuesto hay otros grupos funcionales con prioridad sobre el aldehído, a éste se le considera un sustituyente y se le nombra con el prefijo formil-. DO: Cetonas O O or C R R O or C R R' R 1 C R2 Las cetonas contienen el grupo funcional CO. Este grupo está unido a dos radicales que pueden ser iguales o diferentes. H 3C O O C C CH 3 Acetone Acetona H3CH 2C CH 3 Ethyl ketone Etil methyl metil cetona O Carvone Carvona (from spearmint) (de la hierbabuena) Se nombran sustituyendo la terminación -o del hidrocarburo correspondiente por el sufijo -ona. La posición del grupo carbonilo se indica, si es necesario, anteponiendo al nombre un número que indique su posición en la cadena. La numeración de la cadena principal se hace de forma que al átomo de carbono cetónico le corresponda el número más bajo: Cuando la función cetona no es prioritaria, se emplea el prefijo oxo- para designar al grupo carbonilo. DO: Ácidos carboxílicos O R or RCO 2H or RCOOH C O H Los ácidos carboxílicos son compuestos que tienen en su molécula el grupo carboxilo COOH. En forma coloquial, los ácidos carboxílicos reciben el nombre de “ácidos orgánicos”. Ejemplos: O enzoic acid or C O C6H5CO 2H or C6H5COOH H Ácido benzoico Es un conservador que se utiliza tanto como ácido, como en sus sales de sodio, de potasio o de calcio. Éstos sólo se pueden utilizar para conservar alimentos con un pH ácido y protege contra mohos y fermentaciones no deseadas. d Ácido fórmico O H or C O HCO 2H H El ácido fórmico es un líquido irritante que producen las hormigas. La punzada del piquete de hormiga es, en parte, producto del ácido fórmico que inyectan bajo la piel. or HCOOH d Ácido acético O H3C or C O CH 3CO2H or CH 3COOH H El ácido acético se produce cuando ciertas bacterias actúan sobre el alcohol etílico del vino y hacen que el aire lo oxide. Es la sustancia a la que se debe el sabor agrio del vinagre. Se nombran como el hidrocarburo correspondiente del mismo número de átomos de carbono sustituyendo la terminación -o por el sufijo -oico y añadiendo el término ácido. Algunos de estos compuestos tienen nombres específicos. Cuando se trata de ácidos derivados de hidrocarburos cíclicos o aromáticos se utiliza la terminación -carboxílico. DO: Ésteres O R or C O RCO 2R' or RCOOR' R' Los ésteres son compuestos que se forman por sustitución del grupo OH de un ácido carboxílico por un grupo OR. O H3C or CH 3CO 2CH 2CH 3 or CH 3COOCH 2CH 3 C O R' Éter específico llamado acetato de etilo O H 3C O + HOCH2CH3 C O Acetic acid H3C + H2O C O H Ethyl alcohol CH 2CH 3 Ethyl acetate Se nombran cambiando la terminación -oico del ácido del cual proceden por -oato seguido del nombre del radical. propanoato de fenilo (que deriva del ácido propanoico) Cuando el grupo éster no es el grupo funcional principal, se le considera un sustituyente y se nombra con el sufijo alcoxicarbonil. Los ésteres pueden ser hidrolizados en medio básico para formar jabones: Aplicaciones de los ésteres acetato de celulosa Trinitroglicerina (explosivo) ácido acetilsalicílico PET, poli(etilen-tereftalato). Se produce por la polimerización del ác. tereftálico con etilenglicol. Se usa en garrafones y películas plásticas, envases para alimentos. DN: Amidas RCONH2, RCONHR’, o RCONR’R” Las amidas proceden de sustituir el grupo –OH de un ácido por el grupo amino –NH2 (–NHR o –NRR en el caso de amidas sustituidas). O H3C C O H3C NH2 Acetamida Acetamide O C H3C NHCH 3 N-Methylacetamide N-Metilacetamida C NHCH 3 CH 3 N,N-Dimethylacetamide N,N-Dimetilacetamida Amidas sustituidas N- y N,N- indican que los sustituyentes están unidos al átomo de nitrógeno Se nombran sustituyendo la terminación -oico o -ico del ácido correspondiente por -amida; o de modo equivalente sustituyendo la terminación -o del hidrocarburo del que procede el correspondiente ácido por el sufijo -amida. Si se trata de amidas sustituidas, hay que nombrar además los radicales unidos al nitrógeno, anteponiendo la letra N. Acetamida N-Metilacetamida N,N-Dimetilacetamida Amidas sustituidas Una amida importante es la urea, que se encuentra en la orina de los mamíferos. Se prepara industrialmente a partir de amoníaco y dióxido de carbono a una presión de entre 200 y 400 atm y una temperatura de 200 ºC. Se utiliza como fertilizante y para fabricar plásticos y adhesivos: DN: Nitrilos Se caracterizan por tener el grupo funcional -ciano, -CN. A veces también se les denomina cianuros de alquilo. Son moléculas reactivas de amplia aplicación en síntesis orgánica. Por ejemplo, la hidrólisis de nitrilos en presencia de un ácido fuerte o una base fuerte da lugar a ácidos carboxílicos. Por otra parte, la hidrogenación catalítica de nitrilos permite la preparación de aminas primarias. Etanonitrilo (acetonitrilo) Se nombran añadiendo la terminación -nitrilo al nombre del hidrocarburo de igual numero de átomos de carbono. 2 1 H3C C N Ethanenitrile Etanonitrilo (acetonitrilo) (acetonitrile) 3 2 1 H2C CH C N Propenenitrile Propenonitrilo (acrylonitrile) (acrilonitrilo) 4 3 2 1 H3CH2CH2C C N Butanenitrile Butanonitrilo (butironitrilo) (butyronitrile) 5 4 3 2 1 H2C HCH 2CH2C C 4-Pentenonitrilo 4-Pentenonitrilo 4-Pentenenitrile N Al grupo -C≡N como sustituyente se le designa mediante el prefijo ciano-. Los nitrilos cíclicos se nombran añadiendo el sufijo carbonitrilo al nombre del anillo al cual está unido el grupo -CN. C N Bencenocarbonitrilo (benzonitrilo) Benzenecarbonitrile (benzonitrile) C N Ciclohexanocarbonitrilo Cyclohexanecarbonitrile DN: Nitrocompuestos Los nitroderivados son compuestos cuyas moléculas poseen el grupo funcional nitro (–NO2). Los derivados aromáticos que poseen varios grupos nitro en la molécula se caracterizan por ser bastante inestables termodinámicamente, por lo que se utilizan como explosivos. 2,4,6-trinitrotolueno (T.N.T.) Este grupo funcional siempre se considera un sustituyente del hidrogeno, por lo que se nombran anteponiendo el prefijo nitro- al nombre del hidrocarburo, indicando con un número su posición en la cadena carbonada. 2-nitrobutano DN: Aminas Son derivadas del amoníaco NH3, mediante sustitución de átomos de hidrógeno por radicales orgánicos. La sustitución de uno, dos o los tres hidrógenos da lugar a aminas primarias, secundarias o terciarias. R N H R H A primary (1o) amine N H R' A secondary (2o) amine R N R" R' A tertiary (3o) amine Ejemplos: H N H H Ammonia Amoniaco R N H H Anamina amine Una C6H5CH 2CHCH 3 NH2 Amphetamine Anfetamina (a dangerous (estimulantestimulant) peligroso) H2NCH 2CH 2CH 2CH 2NH2 Putrescina (se encuentra en Putrescine carnes en descomposición) (found in decaying meat) Metilamina CH3–NH2 Es la más sencilla de las aminas alifáticas. Tiene un olor semejante al amoníaco y se encuentra en el pescado y algunos vegetales. Fenilamina (anilina) –NH2 Es la amina aromática más sencilla. Es el producto de partida para la preparación de colorantes. Las aminas se nombran indicando el radical, o radicales, por orden alfabético, y el sufijo -amina. En las aminas secundarias y terciarias, si un radical se repite se utilizan los prefijos "di-" o "tri-", aunque, frecuentemente, y para evitar confusiones, se escoge el radical mayor y los demás se nombran anteponiendo una N para indicar que están unidos al átomo de nitrógeno. N-etil-N-metil-propilamina Cuando las aminas primarias no forman parte de la cadena principal se nombran como substituyentes de la cadena carbonada con su correspondiente número localizador y el prefijo "amino-". ácido-2-aminopropanoico Principales tipos de reacciones químicas de los hidrocarburos con algunos de sus derivados