cartilla de química organica
DESCRIPTION
La Química, es una de las Disciplinas más fascinantes y sorprendentes de las ciencias Naturales y como rama de ésta, pretende entender la organización interna de los cuerpos materiales, su composición, la forma como estos reaccionan y la cantidad de energía necesaria para generar una reacción química.TRANSCRIPT
0
El maravilloso mundo de la
Química orgánica
Sharon Gutiérrez R.
1
Contenido Introducción ........................................................................................................................................ 4
Historia ................................................................................................................................................ 6
El carbono ............................................................................................................................................ 8
Principales grupos organicos en orden de prioridad ........................................................................ 11
Tipos De Enlaces ................................................................................................................................ 13
Hidrocarburos ................................................................................................................................... 14
Alcanos .............................................................................................................................................. 15
Nomenclatura de alcanos ............................................................................................................. 16
Propiedades físicas: ....................................................................................................................... 17
Propiedades Químicas: .................................................................................................................. 17
Reacciones ..................................................................................................................................... 17
Alcanos más importantes .............................................................................................................. 19
Aplicaciones................................................................................................................................... 21
Ejemplos ........................................................................................................................................ 21
Ejercicios ........................................................................................................................................ 22
Alquenos ............................................................................................................................................ 24
Nomenclatura................................................................................................................................ 24
Propiedades físicas ........................................................................................................................ 25
Propiedades químicas ................................................................................................................... 26
Reacciones ..................................................................................................................................... 26
Alquenos Más Importantes ........................................................................................................... 28
Aplicaciones................................................................................................................................... 28
Ejercicios ........................................................................................................................................ 29
Alquinos ............................................................................................................................................. 29
Nomenclatura................................................................................................................................ 30
Propiedades físicas ........................................................................................................................ 31
Propiedades químicas ................................................................................................................... 31
Reacciones ..................................................................................................................................... 31
Ejemplos ........................................................................................................................................ 32
Alquino más importante ............................................................................................................... 33
Aplicaciones................................................................................................................................... 33
Ejercicios ........................................................................................................................................ 33
2
Aromáticos ........................................................................................................................................ 34
Nomenclatura................................................................................................................................ 34
Propiedades físicas ........................................................................................................................ 35
Propiedades químicas ................................................................................................................... 35
Reacciones ..................................................................................................................................... 35
Aromáticos más importantes y aplicaciones ................................................................................ 37
Ejercicios ........................................................................................................................................ 38
Funciones oxigenadas .......................................................................... ¡Error! Marcador no definido.
Alcoholes ....................................................................................................................................... 40
Nomenclatura................................................................................................................................ 40
Propiedades Físicas ....................................................................................................................... 41
Propiedades Químicas ................................................................................................................... 42
Reacciones ..................................................................................................................................... 42
Reacciones en las cuales se rompe el enlace C - OH ..................................................................... 43
Alcoholes más importantes y aplicaciones ................................................................................... 45
Ejercicios ........................................................................................................................................ 46
Aldehídos y cetonas ................................................................................................................ 48
Nomenclatura................................................................................................................................ 48
Propiedades físicas ........................................................................................................................ 49
Propiedades Químicas ................................................................................................................... 50
Aplicaciones de aldehídos y cetonas más importantes ............................................................... 52
Ejercicios ........................................................................................................................................ 53
Éteres ............................................................................................................................................ 54
Nomenclatura................................................................................................................................ 55
Propiedades físicas ........................................................................................................................ 55
Propiedades químicas ................................................................................................................... 56
Aplicaciones................................................................................................................................... 56
Ejercicios ........................................................................................................................................ 56
Esteres ........................................................................................................................................... 57
Nomenclatura................................................................................................................................ 57
Propiedades físicas ........................................................................................................................ 57
Propiedades químicas ................................................................................................................... 58
Aplicaciones................................................................................................................................... 59
3
Ejercicios ........................................................................................................................................ 60
Ácidos carboxílicos ........................................................................................................................ 60
Nomenclatura................................................................................................................................ 60
Propiedades Físicas: ...................................................................................................................... 61
Propiedades Químicas ........................................................................................................... 62
Aplicaciones................................................................................................................................... 65
Ejercicios ........................................................................................................................................ 65
Funciones nitrogenadas .................................................................................................................... 66
Aminas ........................................................................................................................................... 66
Nomenclatura................................................................................................................................ 66
Propiedades físicas: ....................................................................................................................... 67
Propiedades químicas ................................................................................................................... 68
Reacciones ..................................................................................................................................... 68
Ejemplos de los más importantes y Aplicaciones ......................................................................... 68
Ejercicios ........................................................................................................................................ 69
Amidas ........................................................................................................................................... 70
Nomenclatura................................................................................................................................ 70
Propiedades Físicas ....................................................................................................................... 70
Propiedades Químicas ................................................................................................................... 71
Ejemplos y Usos de las Amidas ..................................................................................................... 72
Ejercicios ........................................................................................................................................ 73
Nitrilos ........................................................................................................................................... 73
Nomenclatura................................................................................................................................ 73
Propiedades físicas ........................................................................................................................ 74
Propiedades químicas ................................................................................................................... 74
Aplicaciones................................................................................................................................... 75
Ejercicios ........................................................................................................................................ 75
Isómeros ............................................................................................................................................ 76
Ciclo de Krebs .................................................................................................................................... 78
Bibliografía ........................................................................................................................................ 80
4
Introducción La Química, es una de las Disciplinas más fascinantes y sorprendentes de las
ciencias Naturales y como rama de ésta, pretende entender la organización interna
de los cuerpos materiales, su composición, la forma como estos reaccionan y la
cantidad de energía necesaria para generar una reacción química.
La química orgánica o química del carbono es la rama de la química que estudia
una clase numerosa de moléculas que contienen carbono formando enlaces
covalentes carbono-carbono o carbono-hidrógeno y otros heteroátomos, también
conocidos como compuestos orgánicos.
La Química Orgánica es importante porque nos permite conocer cómo funciona
nuestro organismo, gracias a ella existe todo lo que hoy podemos percibir y sentir,
ya que todos los productos orgánicos están presentes en todos los aspectos de
nuestra vida, como por ejemplo:
La ropa que vestimos.
Los jabones, shampoos, desodorantes.
Medicinas, perfumes, utensilios de cocina.
La comida, etc.
El número de compuestos orgánicos existentes tanto naturales (sustancias que
constituyen los organismos vivos: proteínas, grasas, azúcares... de ahí el
sobrenombre de Química orgánica) como artificiales (por ejemplo, los plásticos) es
prácticamente infinito, dado que el átomo de carbono tiene gran capacidad para:
Formar hasta cuatro enlaces de tipo covalente. Estos enlaces pueden ser
sencillos, dobles o triples.
Enlazarse con elementos tan variados como hidrógeno, oxígeno, nitrógeno,
azufre, flúor, cloro, bromo, yodo...
Constituir cadenas de variada longitud, desde un átomo de carbono hasta
miles; lineales, ramifica- das o, incluso, cíclicas
En esta cartilla aprenderás sobre cada uno de los grupos funcionales, su origen,
formula, nomenclatura, propiedades físicas y químicas y sus aplicaciones.
Esperamos que te maravilles de esta disciplina del conocimiento.
5
6
Historia La química desde sus inicios en el siglo XVIII y XIX, se divide en dos grandes ramas:
química orgánica y química inorgánica.
Química orgánica: Se asoció a la química de los seres vivos y sustancias
relacionadas con ellos. Se pensaba que las sustancias orgánicas sólo las podían
sintetizar los seres vivos porque para preparar compuestos orgánicos se necesitaba
algo que sólo poseían los seres vivos la fuerza vital. La química orgánica se
constituyó como disciplina en los años treinta.
1675: Nicolás Lemery clasifica los
productos químicos naturales, según
su origen
en minerales, vegetales y animales
1784: Antoine Lavoisier demuestra
que todos los productos vegetales y
animales están formados
básicamente
por carbono e hidrógeno y, en menor
proporción, nitrógeno,
oxígeno y azufre
1807: Jöns Jacob Berzelius clasifica
los productos químicos en:
Orgánicos: los que proceden de
organismos vivos.
Inorgánicos: los que proceden de la
materia inanimada.
7
1816: Michel Eugene
Chevreul prepara distintos jabones a
partir de diferentes fuentes de ácidos
grasos y diversas bases, produciendo
así distintas sales de ácidos grasos (o
jabones), que no resultaron ser más
que productos orgánicos nuevos
derivados de productos naturales
(grasas animales y vegetales).
1828: Friedrich Wöhler sintetiza una
sustancia orgánica (urea) la segunda
sustancia orgánica obtenida
artificialmente, luego del oxalato de
amonio a partir de sustancias
inorgánicas. Destruye la teoría de la
fuerza vital.
8
Kolbe y Berthelot sintetizan otras
sustancias como etanol (alcohol) o
ácido acético (vinagre) a partir de
sustancias inorgánicas.
Keculé, Van`t Hoff y Le Bel, entre
otros, descubren la tetravalencia del
carbono, su forma de unirse, su
distribución espacial en los
compuestos, etc.
El carbono El carbono es un elemento químico de número atómico 6 y símbolo C. Es sólido a
temperatura ambiente. Dependiendo de las condiciones de formación, puede
encontrarse en la naturaleza en distintas formas alotrópicas,
carbono amorfo y cristalino en forma de grafito o diamante
respectivamente. Es el pilar básico de la química orgánica; se
conocen cerca de 16 millones de compuestos de carbono,
aumentando este número en unos 500.000 compuestos por
año, y forma parte de todos los seres vivos conocidos. Forma el
0,2 % de la corteza terrestre.
9
Con mucho, el grupo más grande de estos compuestos es el constituido por
carbono e hidrógeno. Se estima que se conoce un mínimo de 1.000.000 de
compuestos orgánicos y este número crece rápidamente cada año. Aunque la
clasificación no es rigurosa, el carbono forma otra serie de compuestos
considerados como inorgánicos, en un número mucho menor al de los orgánicos.
El carbono es único en la química porque forma un número de compuestos mayor que la suma total
de todos los otros elementos combinados.
Para nombrar los
compuestos orgánicos se
utilizan los siguientes
prefijos:
10
Para nombrar los compuestos orgánicos se utilizan los siguientes prefijos:
11
Principales grupos organicos en orden de prioridad
12
13
Tipos De Enlaces Enlace Simple: Es la manera más sencilla en la que el
carbono comparte sus cuatro electrones. El ejemplo más
simple lo representa el metano, en el que un átomo de
carbono comparte cada uno de sus cuatro electrones
exteriores con un átomo de hidrógeno, de modo que tanto
el carbono como cada uno de los cuatro hidrógenos
completan su última capa electrónica.
Enlace Doble: El carbono no tiene por qué formar los cuatro enlaces con cuatro
átomos distintos. Puede darse el caso de que dos de esos enlaces los forme con un
mismo átomo. Hablamos entonces de un enlace doble. Los dos electrones que le
quedan al carbono se enlazan con otros dos
átomos mediante enlaces simples. El ejemplo
más simple es el etileno, en el que los dos
carbonos comparten dos electrones entre sí y
los otros dos que les quedan a cada uno los
comparten con dos átomos de hidrogeno.
Enlace Triple: Por último, puede el carbono formar tres
enlaces con un mismo átomo, y el cuarto con un átomo
distinto. Se habla entonces de un enlace triple. En este
caso la molécula es lineal, y decimos que el carbono
actúa de forma lineal. El ejemplo más simple de esto es
el acetileno, en el que dos carbonos se unen mediante
un enlace triple y el electrón que le queda a cada uno
lo comparten con un átomo de hidrógeno.
14
Hidrocarburos Los hidrocarburos son compuestos orgánicos formados únicamente por átomos
de carbono e hidrógeno. La estructura molecular consiste en un armazón de
átomos de carbono a los que se unen los átomos de hidrógeno.
Los hidrocarburos son los compuestos básicos de la Química Orgánica. Las
cadenas de átomos de carbono pueden ser lineales o ramificadas y abiertas o
cerradas.
Los hidrocarburos y sus compuestos derivados se pueden clasificar en general en
tres grandes categorías:
1. Hidrocarburos alifáticos, formados por cadenas de átomos de carbono en las
que no hay estructuras cíclicas. Se les denominan en general, hidrocarburos de
cadena abierta o acíclicos.
Los alifáticos, a su vez se pueden clasificar en alcanos, alquenos y alquinos según
los tipos de enlace que unen entre sí los átomos de carbono. Las fórmulas
generales de los alcanos, alquenos y alquinos son CnH2n+2, CnH2n y CnH2n-2,
respectivamente.
Como ejemplos tenemos:
Propano (CH3-CH2-CH3)
Pentano (CH3-CH2-CH2-CH2-CH3)
2-buteno (CH3-CH=CH-CH3)
2. Hidrocarburos alicíclicos, o simplemente cíclicos, compuestos por átomos de
carbono encadenados formando uno o varios anillos.
Como ejemplos tenemos:
ciclo
butano
ciclo
pentano
biciclo
[4,4,0]
decano
3. Hidrocarburos aromáticos, que constituyen un grupo especial de compuestos
cíclicos que contienen en general anillos de seis eslabones en los cuales alternan
enlaces sencillos y dobles. Se clasifican, independientemente de los hidrocarburos
alifáticos y alicíclicos, por sus propiedades físicas y químicas muy características.
Como ejemplos tenemos:
15
benceno
naftaleno
fenantreno
Alcanos Los alcanos son hidrocarburos saturados, están formados exclusivamente por
carbono e hidrógeno y únicamente hay enlaces sencillos en su estructura.
Un compuestos con esta terminación en el nombre no siempre es un alcano, pero
la terminación indica que es un compuesto saturado y por lo tanto no tiene
enlaces múltiples en su estructura.
Fórmula general: CnH2n+2
donde “n” represente el
número de carbonos del
alcano.
Esta fórmula nos
permite calcular la
fórmula molecular de
un alcano. Por ejemplo
para el alcano de 5
carbonos: C5H [(2 x 5)
+2] = C5H12
La terminación
sistémica de los
alcanos es ANO.
16
Nomenclatura de alcanos Las reglas de nomenclatura para compuestos orgánicos e inorgánicos son
establecidas por la Unión Internacional de Química pura y aplicada, IUPAC (de sus
siglas en inglés).
A continuación se señalan las reglas para la nomenclatura de alcanos. Estas reglas
constituyen la base de la nomenclatura de los compuestos orgánicos.
Regla 1 La base del nombre fundamental, es la cadena continua más larga de
átomos de carbono.
Regla 2 La numeración se inicia por el extremo más cercano a una ramificación.
En caso de encontrar dos ramificaciones a la misma distancia, se empieza a
numerar por el extremo más cercano a la ramificación de menor orden alfabético.
Si se encuentran dos ramificaciones del mismo nombre a la misma distancia de
cada uno de los extremos, se busca una tercera ramificación y se numera la cadena
por el extremo más cercano a ella.
Regla 3 Si se encuentran dos o más cadenas con el mismo número de átomos de
carbono, se selecciona la que deje fuera los radicales alquilo más sencillos. En los
isómeros se toma los lineales como más simples. El n-propil es menos complejo
que el isopropil. El ter-butil es el más complejo de los radicales alquilo de 4
carbonos.
Regla 4 Cuando en un compuestos hay dos o más ramificaciones iguales,no se
repite el nombre, se le añade un prefijo numeral. Los prefijos numerales son:
17
Número Prefijo
2 di ó bi
3 tri
4 tetra
5 penta
6 hexa
7 hepta
Regla 5 Se escriben las ramificaciones en orden alfabético y el nombre del alcano
que corresponda a la cadena principal, como una sola palabra junto con el último
radical. Al ordenar alfabéticamente, los prefijos numerales y los prefijos n-, sec-
y ter- no se toman en cuenta.
Regla 6 Por convención, los números y las palabras se separan mediante un guion,
y los números entre sí, se separan por comas.
La comprensión y el uso adecuado de las reglas señaladas facilitan la escritura de
nombres y fórmulas de compuestos orgánicos.
Propiedades físicas:
a) Solubilidad: al ser sustancias no polares deben disolverse en solventes orgánicos
no polares, son insolubles en la razón por lo cual se dice que son hidrofóbicos.
b) Densidad: Su valor aproximado es de 0.7 g/ml, es menos denso que el agua.
c) Punto de ebullición: Aumenta al aumentar el número de carbonos (masa
molecular)
d) Punto de fusión: Aumenta al aumentar la masa molecular, porque no tiene
forma regular.
Propiedades Químicas:
La poca reactividad química de los alcanos a temperatura ambiente dió origen al
nombre de parafinas, derivado del latín PARUM AFFINIS que significa poca
afinidad. Los alcanos no son atacados por ácidos o bases fuertes, tampoco por
agentes oxidantes o reductores. Sin embargo, los alcanos si reaccionan en
condiciones severas y constituyen productos de gran utilidad comercial.
Reacciones Reacciones con oxígeno
Todos los alcanos reaccionan con oxígeno en una reacción de combustión, si bien
se torna más difícil de inflamar al aumentar el número de átomos de carbono. La
ecuación general para la combustión completa es:
CnH2n+2 + (1,5n+0,5)O2 → (n+1)H2O + nCO2
En ausencia de oxígeno suficiente, puede formarse monóxido de carbono o
inclusive negro de humo, como se muestra a continuación:
18
CnH (2n+2) + ½ nO2 → (n+1)H2 + nCO
Por ejemplo metano:
CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O
CH4 + O2 → CO + 2H2O
Reacciones con halógenos
Los alcanos reaccionan con halógenos en la denominada reacción de halogenación
radicalaria. Los átomos de hidrógeno del alcano son reemplazados progresivamente
por átomos de halógeno. Los radicales libres son las especies que participan en la
reacción, que generalmente conduce a una mezcla de productos. La reacción es
altamente exotérmica, y puede resultar en una explosión.
Cracking
El cracking rompe moléculas grandes en unidades más pequeñas. Esta operación
puede realizarse con un método térmico o un método catalítico. El proceso de
cracking térmico sigue un mecanismo de reacción homolítico con formación
de radicales libres.
Nitración
Los alcanos logran nitrarse, al reaccionar con ácido nítrico concentrado,
sustituyendo hidrogeno por el grupo Nitro (-NO2). Esta reacción a presión
atmosférica, en fase vapor o temperaturas entre 420 a 475°C y en presencia de
ácido sulfúrico.
19
Ciclación
Los alcanos a temperaturas entre 500 y 700°C, logran deshidrogenarse en
presencia de catalizadores especiales que son Cr2O3 o Al2O3; los alcanos de seis a
diez átomos de carbono dan hidrocarburos aromáticos monocíclicos.
Alcanos más importantes El petróleo
.
Se produce en el interior de la Tierra, por
transformación de la materia orgánica
acumulada en sedimentos del pasado
geológico y puede acumularse en trampas
geológicas naturales, de donde se extrae
mediante la perforación de pozos.
El petróleo (del griego: πετρέλαιον, "aceite de roca") es una
mezcla homogénea de compuestos orgánicos,
principalmente hidrocarburos insolubles en agua
¿Dónde se produce?
20
En condiciones normales es un líquido
bituminoso que puede presentar gran
variación en diversos parámetros como color
y viscosidad (desde amarillentos y poco
viscosos como la gasolina hasta líquidos
negros tan viscosos que apenas fluyen),
densidad (entre 0,66 g/ml y 0,95 g/ml),
capacidad calorífica, etc. Estas
variaciones se deben a la diversidad
de concentraciones de los
hidrocarburos que componen la
mezcla. Es un recurso natural no
renovable y actualmente también es
la principal fuente de energía en los
países desarrollados. El petróleo líquido puede presentarse asociado a capas de gas
natural, en yacimientos que han estado enterrados durante millones de años,
cubiertos por los estratos superiores de la corteza terrestre.
21
Gas natural
El gas natural es una de las varias e importantes
fuentes de energía no renovables formada por
una mezcla de gases ligeros que se encuentra en
yacimientos de petróleo, disuelto o asociado con
el petróleo (acumulación de plancton marino) o
en depósitos de carbón.
Aunque su composición varía en función del
yacimiento del que se saca, está compuesto
principalmente por metano en cantidades que comúnmente pueden superar el 90
o 95 % (p. ej., el gas no-asociado del pozo West Sole en el Mar del Norte), y suele
contener otros gases como nitrógeno, -ácido sulfhídrico, helio y mercaptanos.
Aplicaciones Se usan como combustibles.
El gas natural es empleado en calefacción.
Como cera parafinica.
Vaselina.
Para impermeabilizar techos y en la pavimentación de carreteras.
Para la fabricación de electrodos en la industria electroquímica.
El CH4 se usa en la producción de fertilizantes como disolventes.
Ejemplos 1. Buscamos la cadena de carbonos continua más larga y numeramos por el
extremo más cercano a un radical, e identificamos los que están presentes.
La cadena continua más larga tiene 7 carbonos y se empezó la numeración por el
extremo derecho porque es el más cercano a un radical. . Identificamos los
radicales y el número del carbono al que están unidos, los acomodamos en orden
alfabético y unido el último radical al nombre de la cadena.
4-ETIL-2-
METILHEPTANO
22
2. Buscamos la cadena continua de carbonos más larga, la cual no tiene que
ser siempre horizontal. Numeramos por el extremo más cercano a un
radical, que es el derecho. Ordenamos los radicales en orden alfabético y
unimos el nombre de la cadena al último radical.
Ejercicios Lea detenidamente las reglas de nomenclatura y resuelva los siguientes ejercicios
aplicando dichas reglas.
I. Escriba la estructura correcta para cada uno de los siguientes nombres.
1) 3-ETIL-2,3-DIMETILPENTANO
2) 2-METILBUTANO
3) 4-ETIL-2,2,5,6-TETRAMETILHEPTANO
4) 5-TER-BUTIL-3-ETIL-5-ISOPROPILOCTANO
5) 5-SEC-BUTIL-4-n-PROPILNONANO
II. Señale la cadena principal, su numeración y escriba el nombre correcto para
cada estructura. En la sección de respuestas puede usted revisar sus resultados.
5-ISOPROPIL-3-
METILNONANO
23
a)
b)
c)
d)
24
Alquenos
Esta función fue creada por Gustavo Espinoza G. Se puede decir que un alqueno
no es más que un alcano que ha perdido dos átomos de hidrógeno produciendo
como resultado un enlace doble entre dos carbonos. Los alquenos cíclicos reciben
el nombre de cicloalquenos.
Nomenclatura
Los alquenos se nombran reemplazando la terminación -ano del correspondiente
alcano por -eno. Los alquenos más simples son el eteno y el propeno, también
llamados etileno y propileno a nivel industrial.
Regla 1.- Se elige como cadena principal la de mayor longitud que contenga el
doble enlace. La numeración comienza en el extremo que otorga al doble enlace el
menor localizador.
Regla 2.- El nombre de los sustituyentes precede al de la cadena principal y se
acompaña de un localizador que indica su posición en la molécula. La molécula se
numera de modo que el doble enlace tome el localizador más bajo.
Los alquenos son
hidrocarburos insaturados
que tienen uno o varios
dobles enlaces carbono-
carbono en su molécula
Antiguamente se les
conocía como olefinas
dadas las propiedades que
presentaban sus
representantes más
simples, principalmente el
eteno, para reaccionar con
halógenos y producir óleos.
25
Regla 3.- Cuando hay varios sustituyentes se ordenan alfabéticamente y se
acompañan de sus respectivos localizadores
Regla 4.- Cuando el doble enlace está a la misma distancia de ambos extremos, se
numera para que los sustituyentes tomen los menores localizadores.
Regla 5.- En compuestos cíclicos resulta innecesario indicar la posición del doble
enlace, puesto que siempre se encuentra entre las posiciones 1 y 2.
Propiedades físicas Los alquenos presentan puntos de fusión y ebullición próximos a los alcanos
correspondientes.
26
Momento dipolar en alquenos.
El carbono sp2 tiene más carácter s que el carbono sp3, los electrones en el orbital
s están más próximos al núcleo y son atraídos fuertemente por éste, de modo que
un carbono sp2 tiene tendencia a atraer hacia si electrones, lo que genera
momentos dipolares.
En alquenos trans los momentos dipolares se restan, llegando a anularse en el caso
de que ambos carbonos tengan cadenas iguales. En los alquenos cis los momentos
dipolares se suman dando lugar a un momento dipolar total distinto de cero
(molécula polar)
Propiedades químicas Los alquenos presentan una gran variedad de reacciones químicas mediante las
cuales se producen otros grupos funcionales, por este motivo son muy importantes
en síntesis orgánica. Algunas de las principales reacciones se presentan a
continuación, todas relacionadas con la gran variedad del enlace dobles.
Reacciones Hidrogenación
Mediante un proceso, cuando los alquenos se tratan con H2 adicionan a su
estructura dos átomos de hidrógeno al enlace doble, en presencia de paladio (Pd),
platino (Pt) o níquel (Ni) como catalizadores. Las reacciones general y particular
son:
R-CH=CH2-------->R-CH2-CH3
27
Halogenación:
Con cloro y bromo los alquenos incorporan dos átomos del halógeno dando los
dihalogenuros vecinales. Con el yodo no reaccionan. Por ejemplo halogenación
con bromo:
Ozonólisis
Es la reacción de los alquenos con el ozono y la posterior hidrólisis. La molécula
del alqueno se rompe en dos partes por el enlace doble formando aldehídos y
cetonas:
Oxidación:
La reacción con KMnO4 diluido y en frio conduce a la formación de dioles o glicoles:
Una oxidación fuerte con K2Cr2O7 o KMnO4 concentrado y caliente, en presencia
de un ácido o una base fuerte hace que se rompa el enlace doble y produzca ácidos
carboxílicos, o ácidos y cetonas, dependiendo de la estructura del alqueno.
28
Adición De Ácidos Halogenados
La adición de ácidos clorhídrico, bromhídrico o yodhídrico a un alqueno asimétrico
cumple la regla Markownikoff, según la cual el hidrogeno del HX se une al carbono
del enlace doble que tiene el mayor número de hidrógenos:
CH3 – CH2 - CH - = CH2 + HCL ------------> CH3 – CH2 - CH – CH3
lCl 1 – buteno 2 - clorobutano
La experiencia muestra que se forma principalmente el 2 - clorobutano. La
hidrólisis de los alquenos cumple también esta regla, así la hidrolisis del 1 - buteno
condice a la formación del: 2 - butanol:
H3O+
CH3 – CH2 - CH = CH2 + H2O -----------------> CH3- CH2 –CH- CH3
lOH 1 - buteno 2- butanol
Alquenos Más Importantes EL POLIETILENO: Se obtiene por unión de muchas moléculas de etileno, con el
cual se producen utensilios plásticos domésticos de bajo costo. Existen polietilenos
de baja y alta densidad.
CLORURO DE POLIVINILO: es otro polímero importante
que se usa para la fabricación de tubos para agua y
sanitarios, así como también para aisladores eléctricos.
POLIESTIRENO: se obtiene a partir del estireno y es un
material de bajo costo empleado para producir recipientes
para jugos bebidas y productos de decoración como los
árboles de navidad entre otros.
Aplicaciones Para fabricar detergentes.
En la formación de polietilenos. El polietileno es un plástico resistente,
liviano y fácilmente moldeable. Con el polietileno se fabrican todos los
artículos de plástico.
29
Ejercicios Señala el nombre correcto para estos compuestos:
1.
a) 3-buteno
b) 1-buteno
c) buteno
2.
a) 4-penteno
b) 3-penteno
c) 2-penteno
3.
a) 1,3-buteno
b) 1,3-butadieno
c) 2,3-butadieno
4.
a) 1,3,5-hexadieno
b) 1,3,5-hexeno
c) 1,3,5-hexatrieno
Los alquinos son hidrocarburos alifáticos con al menos un triple enlace -C≡C-
entre dos átomos de carbono.
Fabricación
de
detergentes
30
Nomenclatura
Regla 1.Para designar un triple
enlace se utiliza la terminación -
ino (-diino para dos triples
enlaces y así sucesivamente).
Los compuestos que tienen un
doble y un triple enlace se
llaman -eninos.
Regla 2. Se selecciona la cadena
más larga, que incluya ambos
carbonos del doble enlace. Si hay
ramificaciones se toma como
cadena principal la cadena más
larga de las que contienen el
doble enlace
Regla 3. Numerar la cadena a
partir del extremo más cercano al
enlace múltiple, de forma que los
átomos de carbono de dicho enlace, tengan los números más pequeños posibles.
Si el enlace múltiple es equidistante a ambos extremos de la cadena la numeración
empieza a partir del extremo más cercano a la primera ramificación.
Regla 4. Indicar la posición del enlace múltiple mediante el número del primer
carbono de dicho enlace.
Regla 5.Si se encuentran presentes más de un enlace múltiple, numerar a partir
del extremo más cercano al primer enlace múltiple. Si un doble y un triple enlace
Se trata de compuestos
metaestables debido a la alta
energía del triple enlace
carbono-carbono.
Su fórmula general es CnH2n-2.
Las reglas de la IUPAC para
nombrar alquenos y alquinos
son semejantes a las de los
alcanos, pero se deben
adicionar algunas reglas
para nombrar y localizar los
enlaces múltiples.
31
se encuentran equidistantes a los extremos de la cadena, el doble enlace recibirá
el número más pequeño.
Propiedades físicas Son insolubles en agua, pero bastante solubles en disolventes orgánicos usuales y
de baja polaridad: ligroína, éter, benceno, tetracloruro de carbono. Son menos
densos que el agua y sus puntos de ebullición muestran el aumento usual con el
incremento del número de carbonos y el efecto habitual de ramificación de las
cadenas. Los puntos de ebullición son casi los mismos que para los alcanos o
alquenos con el mismo esqueleto carbonado.
Los acetilenos son compuestos de baja polaridad, por lo cual sus propiedades
físicas son muy semejantes a la de los alquenos y alcanos.
Propiedades químicas Las reacciones más frecuentes son las de adición: de hidrógeno, halógeno, agua,
etc. En estas reacciones se rompe el triple enlace y se forman enlaces de menor
polaridad: dobles o sencillos.
Reacciones Hidrogenación de alquinos
Los alquinos pueden ser hidrogenados para dar los correspondientes cis-alquenos
(doble enlace) tratándolos con hidrógeno en presencia de un catalizador de paladio
sobre sulfato de bario o sobre carbonato de calcio. Si se utiliza paladio sobre carbón
activo el producto obtenido suele ser el alcano correspondiente (enlace sencillo).
CH≡CH + H2 → CH2=CH2 + H2 → CH3-CH3
Así como les
ocurre a los
alquenos, los
alquinos
participan en
otras reacciones
de adición
32
Halogenación
Dependiendo de las condiciones y de la cantidad añadida de halógeno (flúor, F2;
cloro, Cl2; bromo, Br2...), se puede obtener derivados halogenados del alqueno o
del alcano correspondiente.
HC≡CH + Br2 → HCBr=CHBr
HC≡CH + 2 Br2 → HCBr2-CHBr2
Hidrohalogenación
El triple enlace también puede adicionar halogenuros de hidrógeno, agua,
alcohol, etc., con formación de enlaces dobles o sencillos. En general se sigue la
regla de Markovnikov.
HC≡CH + H-X → CH2=CHX donde X = F, Cl, Br...
HC≡CH + H2O → CHOH=CH2
Acidez del hidrógeno terminal
En algunas reacciones (frente a bases fuertes, como amiduro de sodio Na-NH2 en
amoniaco NH3) actúan como ácidos débiles pues el hidrógeno terminal presenta
cierta acidez. Se forman acetiluros (base conjugada del alquino) que son buenos
nucleófilos y dan mecanismos de sustitución nucleófila con los reactivos
adecuados.2 Esto permite obtener otros alquinos de cadena más larga.
HC≡CH + Na-NH2 → HC≡C:- Na+
HC≡C:- Na+ + Br-CH3 → HC≡C-CH3 + NaBr
En este caso el acetiluro de sodio formado ha reaccionado con bromometano con
formación de propino.
Ejemplos EJEMPLO 1: CH3 – CH2 – C C – CH3 + H Br CH3 – CH2 – CH = C – CH3
I
Br
EJEMPLO 2: CH3 – C CH + H Br CH3 – CH = CH2
I
*Regla de Markovnikov Br
33
Alquino más importante El acetileno es una importante materia prima industrial y se emplea extensamente
en la manufactura de plásticos y de otros compuestos químicos. Los demás
alquinos tienen poco interés industrial. De otro lado ninguno de ellos participa en
la química de los organismos vivos, nuestro cuerpo por ejemplo, no contiene
compuestos con enlaces triples en sus órganos o tejidos
Aplicaciones La mezcla del etino con oxígeno al ser encendida, arde con la llama más
caliente que se conoce. Esta llama se utiliza con el soplete oxiacetilénico
para soldar y cortar metales.
Preparar cloruro de vinilo, el cual se polimeriza para formar el material
plástico PVC comúnmente empleado en la fabricación de baldosas de pisos,
aislantes eléctricos, tubos para agua, mangueras y maletines.
Preparar algunas fibras sintéticas de gran utilidad que se consiguen en el
comercio con los nombres de courtelle, acrilán y orlón.
Ejercicios 1. Señala el nombre correcto para estos compuestos
1.
a) 4-pentino
b) 1-pentino
c) 2-pentino
2.
a) 2-etil-3-pentino
b) 4-etil-2-pentino
c) 4-metil-2-hexino
El etino
también se
utiliza para:
34
3.
a) 6-metil-3-propil-1,4-heptadiíno
b) 2-metil-5-propil-3,6-heptadiino
c) 3-propil-6-metil-1,4-heptadiíno
4.
a) 4-etinil-2,2-dimetilpentano
b) 2,2,4-trimetil-5-hexino
c) 3,5,5-trimetil-1-hexino
2. Proponer una síntesis del but-3-en-1-ol a partir de acetileno.
Aromáticos Reciben este nombre debido a los olores intensos, normalmente agradables, que
presentan en su mayoría. El nombre genérico de los
hidrocarburos aromáticos mono y policíclicos y los
radicales derivados de ellos se llaman radicales "arilo".
Todos ellos se pueden considerar derivados
del benceno, que es una molécula cíclica, de forma
hexagonal y con un orden de enlace intermedio entre
un enlace sencillo y un doble enlace.
Nomenclatura Regla 1.Cuando el benceno lleva un radical se nombra primero dicho radical
seguido de la palabra "-benceno".
Regla 2. Si son dos los radicales se indica su posición relativa dentro del anillo
bencénico mediante los números 1,2; 1,3 ó 1,4, teniendo el número 1 el
sustituyente más importante. Sin embargo, en estos casos se sigue utilizando los
prefijos "orto", "meta" y "para" para indicar esas mismas posiciones del segundo
sustituyente.
clorobenceno, metilbenceno
y nitrobenceno
35
Regla 3. En el caso de haber más de dos
sustituyentes, se numeran de forma que reciban
los localizadores más bajos, y se ordenan por
orden alfabético. En caso de que haya varias
opciones decidirá el orden de preferencia
alfabético de los radicales.
Regla 4. Cuando el benceno actúa como radical
de otra cadena se utiliza con el nombre de
"fenilo".
Propiedades físicas Poseen una gran estabilidad debido a las múltiples formas resonantes
que presenta.
Son insolubles en agua.
Muy solubles en disolventes no polares como el éter.
Es un líquido menos denso que el agua.
Sus puntos de ebullición aumentan, conforme se incrementa su peso
molecular.
Los puntos de fusión no dependen únicamente del peso molecular sino
también de la estructura.
Propiedades químicas Los aromáticos se caracterizan por contener en su estructura química uno o más
anillos bencénicos de gran estabilidad. El comportamiento del benceno y sus
derivados se caracterizan porque el anillo sirve de fuente electrónica para los
reactivos electrofílicos, manifestándose como una base, debido a que los electrones
pi se hallan prácticamente sueltos. No dan reacciones de adición porque el anillo
es estable, pero si dan de sustitución electrofílica
Reacciones Hidrogenación
Conduce a la formación del ciclohexano, para lo que se necesita catalizadores muy activos (Ni, Pt o
Mo, S) y temperatura relativamente alta (80°C).
Halogenación
1-etil-2,5-dimetil-4-
propilbenceno
4-etil-1,6-difenil-2-
metilhexano
36
Sólo reacciona con Cl2 o Br2 catalizada por radiación ultravioleta y a 78°C. La
cloración y la bromación directa solo es posible en presencia de un catalizador que
debe ser un ácido de Lewis (FeCl3, AlCl3, FeBr3)
Nitración
Es la reacción del benceno con ácido nítrico (HNO3) concentrado. Se utiliza como
catalizador el ácido sulfúrico concentrado (H2SO4).
Sulfonación
Es la reacción con el ácido sulfúrico concentrado. Esta reacción es lenta, pero con
el ácido sulfúrico fumante (H2SO4 + SO3) se vuelve más rápida.
Alquilación Y Acilación De Friedel-Crafts
Consiste en la reacción del benceno con un halogenuro de alquilo (R-X) y sirve para
obtener alquilbencenos o arenos (R-Ar) y acilbencenos o cetonas aromáticas (Ar-
CO-R).
37
Aromáticos más importantes y aplicaciones
38
Ejercicios 1. ¿Cuál de los siguientes compuestos debía ser aromático por cumplir con la
regla de Huckle?
(a) Sólo el 3
(b) El 3 y el 4
(c) El 1, 2 y 3
(d) Sólo el 1
(e) El 2 y el 3
2. ¿Cuál (es) de los siguientes iones o moléculas exhiben estabilidad aromática?
(a) El 1 y el 2
(b) El 1 y el 3
(c) El 1 y el 4
(d) El 2 y el 3
(e) El 2 y el 4
39
Grupos funcionales
Como corolario, podemos decir que un grupo funcional es un átomo o grupo de
átomos que caracteriza a una clase de compuestos orgánicos.
Cada grupo funcional determina las propiedades químicas de las sustancias que
lo poseen; es decir determina su función química.
Entonces, se llama función química a las propiedades comunes que caracterizan a
un grupo de sustancias que tienen estructura semejante; es decir, que poseen un
determinado grupo funcional.
Pues bien, a ese átomo o
grupo de átomos que
representan la diferencia
entre un hidrocarburo y
el nuevo compuesto, se
le llama grupo funcional.
40
Funciones oxigenadas
Las funciones oxigenadas son aquellas que aparte de tener átomos de
carbono y de hidrógeno tienen átomos de oxígeno. Las principales familias
son:
Funciones Oxigenadas Simples: Alcoholes, Ácidos, Aldehídos, Cetonas.
Funciones Oxigenadas Compuestas: Éter, Ester, ácidos carboxílicos.
Alcoholes Los alcoholes son compuesto orgánicos que contienen el grupo hidroxilo (-OH). El
metanol es el alcohol más sencillo, se obtiene por reducción del monóxido de
carbono con hidrógeno.
Nomenclatura Regla 1. Se elige como cadena principal la de mayor longitud que contenga el grupo
-OH.
Regla 2. Se numera la cadena principal para que el grupo -OH tome el localizador
más bajo. El grupo hidroxilo tiene preferencia sobre cadenas carbonadas,
halógenos, dobles y triples enlaces.
Regla 3. El nombre del alcohol se construye cambiando la terminación -o del
alcano con igual número de carbonos por -ol
41
Regla 4. Cuando en la molécula hay grupos grupos funcionales de mayor
prioridad, el alcohol pasa a serun mero sustituyente y se llama hidroxi-. Son
prioritarios frente a los alcoholes: ácidos carboxílicos, anhídridos, ésteres, haluros
de alcanoilo, amidas, nitrilos, aldehídos y cetonas.
Regla 5. El grupo -OH es prioritario frente a los alquenos y alquinos. La
numeración otorga el localizador más bajo al -OH y el nombre de la molécula
termina en -ol.
Propiedades Físicas Las propiedades físicas de un alcohol se basan principalmente en su estructura. El alcohol está
compuesto por un alcano y agua. Contiene un grupo hidrofóbico (sin afinidad por el agua) del tipo
de un alcano, y un grupo hidroxilo que es hidrófilo (con afinidad por el agua), similar al agua.
42
Propiedades Químicas Los alcoholes pueden comportarse como ácidos o bases, esto gracias al efecto inductivo, que no es
más que el efecto que ejerce la molécula de –OH como sustituyente sobre los carbonos adyacentes.
Gracias a este efecto se establece un dipolo.
Reacciones
Formación de Alcóxidos
El ion alcóxido R - O - se forma cuando un alcohol reacciona con una base fuerte,
tal como el reactivo de Grignard, el amiduro de sodio, el hidruro de sodio y los
acetiluros.
Puesto que el hidrógeno del -OH es ligeramente ácido, también puede reaccionar
con metales y con bases inorgánicas fuertes:
R - O - H + NaNH2 RO - Na+ + NH3
R - O - H + Na RO - Na++ 1/2 H2
Para nombrar los Alcóxidos se cambia la terminación -ano del respectivo alcano
por -óxido, seguido del nombre del mental:
CH3 - CH2OH + Na CH - CH - ONa + 1/2H2
Etanol Etóxido de Sodio
Los Alcóxidos son compuestos muy reactivos. Se emplean, por ejemplo, para la
preparación de éteres en la síntesis de Williamson.
Formación de Ésteres.
Cuando se calienta un alcohol con un ácido carboxílico en presencia de un ácido
inorgánico fuerte como catalizador, se forma un éster.
En las cuales se rompe el grupo O - H
Para nombrar los
ésteres, la
terminación -ico
del ácido se
cambia por -ato y
se agrega el
nombre del grupo
alquilo del alcohol
precedido de la
preposición de.
43
Los alcoholes también producen ésteres cuando reaccionan con un cloruro de acilo
o con un anhídrido de ácido.
Oxidación
La oxidación de alcoholes es una reacción orgánica importante. Los alcoholes
primarios (R-CH2-OH) pueden ser oxidados a aldehídos (R-CHO) o ácidos
carboxílicos (R-COOH), mientras que la oxidación de alcoholes secundarios
(R1R2CH-OH), normalmente termina formando cetonas (R1R2C=O). Los alcoholes
terciarios (R1R2R3C-OH) son resistentes a la oxidación
Deshidrogenación.
Cuando un alcohol se calienta fuertemente con cobre pierde hidrógeno y se
convierten aldehído si es un alcohol primario o en cetona si es un alcohol
secundario.
Reacciones en las cuales se rompe el enlace C - OH
44
Mediante la utilización de uno o varios reactivos puede remplazarse el grupo - OH
de un alcohol:
Sustitución de grupo - OH por un Halógeno.
Puede llevarse a cabo haciendo reaccionar el alcohol con cloruro de tionilo, SOCl2;
tribrimuro de fósforo, PBr3; triyoduro de fósforo, PI3, y ácidos halogenados
(Bromhídrico, clorhídrico, y yodhídrico). De esta manera, se obtienen los
halogenuros de alquilo.
Algunas de estas reacciones generales y particulares son:
Deshidratación:
Esta propiedad de los alcoholes es a su vez una obtención de éteres y alquenos. La
deshidratación se produce con H2 SO4 ó H3 PO4 en caliente:
Los principales métodos de obtención de alcoholes son:
Hidratación de alquenos
Se trata de una reacción de adición electrofílica, que esquemáticamente puede
representarse mediante la ecuación:
R—CH=CH2 +
H2O
H2SO4 R—CHOH—
CH3
El grupo - OH se adiciona al átomo de carbono más sustituido del doble enlace. Se
hace en presencia de ácido sulfúrico.
Hidrólisis de halogenuros de alquilo
Se lleva a cabo normalmente en disolución de etanol acuoso y en presencia de
catalizadores básicos, como KOH, AgOH, CO3Ca, etc.
R—CH2—Cl + AgOH AgCl + R—
CH2OH
Métodos de obtención de Alcoholes
45
Esta reacción puede realizarse industrialmente con hidrógeno, en presencia de
catalizadores, o bien en el laboratorio, mediante el hidruro de litio y aluminio.
Reactivos de Grignard
La adición de un magnesiano o reactivo de Grignard a un compuesto carbonílico
da lugar a un halogenuro de alcoximagnesio, que por hidrólisis conduce a un
alcohol. Cuando se emplea formaldehído, H2C=O, como producto de partida, se
obtiene un alcohol primario; con los restantes aldehídos se obtienen alcoholes
secundarios y con las cetonas alcoholes terciarios.
Alcoholes más importantes y aplicaciones NOMBRE ELABORACIÓN USOS
Metanol Por destilación destructiva de la
madera. También por reacción
entre el hidrógeno y el monóxido
de carbono a alta presión.
Disolvente para grasas, aceites, resinas y
nitrocelulosa. Fabricación de tinturas,
formaldehído, líquidos anticongelantes,
combustibles especiales y plásticos.
Etanol Por fermentación de azúcares.
También a partir de etileno o de
acetileno. En pequeñas
cantidades, a partir de la pulpa
de madera.
Disolvente de productos como lacas,
pinturas, barnices, colas, fármacos y
explosivos. También como base para la
elaboración de productos químicos de
elevada masa molecular.
2-propanol
(isopropanol)
Por hidratación de propeno
obtenido de gases craqueados.
También subproducto de
determinados procesos de
fermentación.
Disolvente para aceites, gomas, alcaloides
y resinas. Elaboración de acetona, jabón y
soluciones antisépticas.
1-propanol
(n-propanol)
Por oxidación de mezclas de
propano y butano.
Disolvente para lacas, resinas,
revestimientos y ceras. También para la
fabricación de líquido de frenos, ácido
propiónico y plastificadores.
Reducción de compuestos carbonílicos
46
Butanol
(n-butanol)
Por fermentación de almidón o
azúcar. También por síntesis,
utilizando etanol o acetileno.
Disolvente para nitrocelulosa,
etilcelulosa, lacas, plásticos de urea-
formaldehído y urea-melanina. Diluyente
de líquido hidráulico, agente de extracción
de drogas.
Metilpropanol Por reacción entre el hidrógeno y
el monóxido de carbono a alta
presión, seguida de destilación
de los productos obtenidos.
Disolvente de líquidos de freno
elaborados con aceite de ricino. Sustituto
de n-butanol en la elaboración de resinas
de urea.
2-butanol Por hidrólisis del butano,
formado por craqueo de
petróleo.
En la elaboración de otros productos
químicos, por ejemplo metiletilcetona.
Disolvente de lacas de nitrocelulosa.
Producción de líquido de frenos y grasas
especiales.
Metil-2-
propanol
Por hidratación de isobutileno,
derivado del craqueo de
petróleo.
En perfumería. Como agente
humedecedor en detergentes. Disolvente
de fármacos y sustancias de limpieza.
Pentanol
(alcohol
amílico)
Por destilación fraccional de
aceite de fusel, un producto
secundario en la elaboración del
etanol por fermentación.
Disolvente de numerosas resinas
naturales y sintéticas. Diluyente de líquido
para frenos, tintas de imprenta y lacas. En
fármacos.
Etilenglicol Por oxidación de etileno a glicol.
También por hidrogenación de
metilglicolato obtenido a partir
del formaldehído y el metanol.
Líquido anticongelante, líquido para
frenos. En la producción de explosivos.
Disolvente de manchas, aceites, resinas,
esmaltes, tintas y tinturas.
Dietilenglicol Como subproducto en la
fabricación de etilenglicol.
Disolvente de tinturas y resinas. En el
secado de gases. Agente reblandecedor de
tintas de imprenta adhesivas.
Glicerina
(1,2,3-
propanotriol)
Del tratamiento de grasas en la
elaboración del jabón.
Sintéticamente, a partir del
propeno. Por fermentación de
azúcares.
En resinas alquídicas, explosivos y celofán.
Humectante de tabaco.
Ejercicios 1. Propón un mecanismo para la siguiente reacción:
47
2. Indica cuál es el resultado de las reacciones siguientes:
48
Aldehídos y cetonas
Los aldehídos y las cetonas contienen el grupo funcional carbonilo, . Se
diferencian entre sí en que en los aldehídos este grupo carbonilo se encuentra en
un extremo de la cadena hidrocarbonada, por lo que tiene un átomo de hidrógeno
unido a él directamente, es decir, que el verdadero grupo funcional es , que
suele escribirse, por comodidad, en la forma —CHO. En cambio, en las cetonas,
el grupo carbonilo se encuentra unido a dos radicales hidrocarbonados.
Conviene hacer notar que, si bien los aldehídos y cetonas son los compuestos más
sencillos con el grupo carbonilo, hay otros muchos compuestos que contienen
también en su molécula el grupo carbonilo que, junto a otras agrupaciones
atómicas, constituyen su grupo funcional característico
Nomenclatura Los aldehídos se nombran reemplazando la terminación -ano del alcano
correspondiente por -al. No es necesario especificar la posición del grupo aldehído,
puesto que ocupa el extremo de la cadena (localizador 1).
Cuando la cadena contiene dos funciones aldehído se emplea el sufijo -dial.
El grupo -CHO unido a un ciclo se llama -carbaldehído. La numeración del ciclo
se realiza dando localizador 1 al carbono del ciclo que contiene el grupo aldehído.
Algunos nombres comunes de aldehídos aceptados por la IUPAC son:
49
Las cetonas se nombran sustituyendo la terminación -ano del alcano con igual
longitud de cadena por -ona. Se toma como cadena principal la de mayor longitud
que contiene el grupo carbonilo y se numera para que éste tome el localizador más
bajo.
Existe un segundo tipo de nomenclatura para las cetonas, que consiste en
nombrar las cadenas como sustituyentes, ordenándolas alfabéticamente y
terminando el nombre con la palabra cetona.
Propiedades físicas Las propiedades físicas (y químicas) características de los aldehídos y cetonas
están determinadas por la presencia del grupo funcional carbonilo, en el que existe
un enlace doble carbono-oxigeno. Como consecuencia los aldehídos y cetonas
poseen un elevado momento dipolar de hace que existan entre sus moléculas
intensas fuerzas de atracción del tipo dipolo-dipolo, por lo que estos compuestos
tienen puntos de fusión y de ebullición más altos que los de los hidrocarburos de
análogo peso molecular. Sin embargo, las moléculas de aldehídos y cetonas no
pueden asociarse mediante enlaces de hidrógeno, por lo que sus puntos de fusión
y de ebullición son más bajos que los de los correspondientes alcoholes.
Concretamente, los puntos de ebullición de los primeros términos de aldehídos y
cetonas son unos 60ºC más altos que los de los hidrocarburos del mismo peso
molecular y también unos 60ºC más bajos que los de los correspondientes
50
alcoholes. Esta diferencia se hace cada vez menor, como es lógico, al aumentar la
cadena hidrocarbonada y perder influencia relativa el grupo funcional.
Propiedades Químicas Se comportan como reductor, por oxidación el aldehído da ácidos con igual
número de átomos de carbono.
La reacción típica de los aldehídos y las cetonas es la Adición nucleofilica.
Oxidación
Los aldehídos y cetonas tienen similitud estructural y por consiguiente, muestran
propiedades químicas similares; sin embargo, difieren significativamente en una
propiedad química —la susceptibilidad a la oxidación—. Esta reacción permite
diferenciar los aldehídos de las cetonas. Los aldehídos se oxidan fácilmente a
ácidos orgánicos con agentes oxidantes suaves. Bajo estas mismas condiciones de
reacción las cetonas no se oxidan.
Para oxidar los aldehídos a ácidos orgánicos, puede utilizarse cualquier agente
oxidante como el KMnO4 (permanganato de potasio y el K2Cr2O7 (dicromato de
potasio). Dos ejemplos de reacciones de oxidación de aldehídos son: la oxidación
de butiraldehído a ácido butírico y la oxidación de benzaldehído a ácido benzoico.
Prueba de Tollens
La prueba de Tollens es un procedimiento de laboratorio para distinguir un
aldehído de una cetona: se mezcla un agente oxidante suave con un aldehído o
una cetona desconocida; si el compuesto se oxida, es un aldehído, si no ocurre
reacción, es una cetona. El complejo de plata amoniacal [Ag (NH3)2]+ en solución
básica es el agente oxidante utilizado en la prueba de Tollens.
La plata metálica producida en esta reacción recubre la parte interna del
recipiente y forma un espejo de plata.
Prueba de Benedict
Otra prueba química que puede distinguir entre un aldehído y una cetona es la
prueba de Benedict. En esta prueba el agente oxidante es una solución básica de
Cu+2(ac); se adicionan iones citrato para evitar la precipitación del Cu+2 en la
51
solución básica. El ion Cu+2 da a la solución de Benedict su color azul
característico. Cuando el Cu+2 oxida un aldehído, gana un electrón y se reduce a
Cu+, el cual se precipita como óxido de cobre (I), Cu2O, de color rojo ladrillo.
Debido a su color rojo ladrillo el óxido de cobre (I) es fácilmente detectable.
Reacciones de hidratación de aldehídos y cetonas
Si se adiciona una molécula de agua H-OH al doble enlace carbono-oxígeno, se
produce un diol. Cuando se produce un diol con ambos grupos -OH unidos al
mismo átomo de carbono, se le denomina hidrato.
En la reacción de formación de hidratos, el grupo -OH del agua se une al átomo
de carbono del carbonilo y el -H se une al átomo de oxígeno del carbonilo.
Formación de hemiacetales y hemicetales
En forma similar a la adición de agua, los alcoholes (ROH) se adicionan al grupo
carbonilo para producir hemiacetales y hemicetales. Los hemiacetales se obtienen
de los alcoholes y los aldehídos. Los hemicetales se obtienen de los alcoholes y las
cetonas.
52
Un ejemplo específico de la formación de hemiacetales es la reacción entre el
acetaldehído y alcohol etílico. Otro ejemplo de la formación de hemicetales es la
reacción entre la acetona y alcohol etílico.
Aplicaciones de aldehídos y cetonas más importantes Aldehídos: El metanal o aldehído fórmico es el aldehído con mayor uso en la
industria, se utiliza fundamentalmente para la obtención de resinas fenólicas y en
la elaboración de explosivos (pentaeritrol y el tetranitrato de pentaeritrol, TNPE)
así como en la elaboración de resinas alquídicas y poliuretano expandido. También
se utiliza en la elaboración de uno de los llamados plásticos
técnicos que se utilizan fundamentalmente en la
sustitución de piezas metálicas en automóviles y
maquinaria, así como para cubiertas
resistentes a los choques en la manufactura de
aparatos eléctricos. Estos plásticos reciben el
nombre de POM (polioximetileno).
Cetonas: La cetona que mayor aplicación industrial tiene es la
acetona (propanona) la cual se utiliza como disolvente para lacas y resinas,
aunque su mayor consumo es en la producción del plexiglás, empleándose
también en la elaboración de resinas epoxi y poliuretanos. Otras cetonas
industriales son la metil etil cetona (MEK, siglas en inglés) y la ciclohexanona que
además de utilizarse como disolvente se utiliza en gran medida para la obtención
53
de la caprolactama, que es un monómero en la fabricación
del Nylon 6 y también por oxidación del ácido adípico que
se emplea para fabricar el Nylon 66.
Muchos aldehídos y cetonas forman parte de los aromas
naturales de flores y frutas, por lo cual se emplean en la
perfumería para la elaboración de aromas como es el caso
del benzaldehído (olor de almendras amargas), el aldehído
anísico (esencia de anís), la vainillina, el piperonal (esencia
de sasafrás), el aldehído cinámico (esencia de canela). De
origen animal existe la muscona y la civetona que son
utilizados como fijadores porque evitan la evaporación de los aromas además de
potenciarlos por lo cual se utilizan en la industria de la perfumería.
Ejercicios 1. A continuación se dan nombres comunes y las fórmulas estructurales de
algunos compuestos carbonílicos. Indique el nombre correspondiente según la
IUPAC.
2. Señala el nombre correcto para estos compuestos:
a) 4-hexanona
b) 3-rexona
c) 3-hexanona
2.
a) 2-etil-3-hexanona
b) 4-metil-3-hexanona
c) 3-metil-4-hexanona
4.
54
a) 2-metilpentanodiol
b) 1-metilpentanodial
c) 2-metilpentanodial
a) 2-metilbutanal
b) 3-metilbutanal
c) 2-formilbutano
3. Dibujar las fórmulas estructurales de las moléculas con cada una de las
siguientes características:
Un aldehído con un átomo de carbono terciario
Una cetona de 5 carbonos
4. ¿Qué característica estructural distingue un miembro de otro?
Aldehídos y cetonas.
Éteres
En química orgánica x y bioquímica, un éter es un grupo funcional
del tipo R-O-R', en donde R y R' son grupos alquilo,
estando el átomo de oxígeno unido y se
emplean pasos intermedios.
55
Nomenclatura La nomenclatura de los éteres según las recomendaciones de 1993 de
la IUPAC (actualmente en vigencia) especifica que estos compuestos pertenecientes
al grupo funcional oxigenado deben nombrarse como alcoxialcanos, es decir, como
si fueran sustituyentes. Se debe especificar al grupo funcional éter como de menor
prioridad frente a la mayoría de cadenas orgánicas. Cada radical éter será
acompañado por el sufijo oxi.
Un compuesto sencillo, como por ejemplo CH3-O-C6H5 según las normas de
la IUPAC se llamaría:
o metoxibenceno
La nomenclatura tradicional o clásica (también aceptada por la IUPAC y válida para
éteres simples) especifica que se debe nombrar por orden alfabético los
sustituyentes o restos alquílicos de la cadena orgánica al lado izquierdo de la
palabra éter. El compuesto anterior se llamaría según las normas antiguas (ya en
desuso) de esta manera:
o fenil metil éter
Los éteres sencillos de cadena alifática o lineal pueden nombrarse al final de
la palabra éter el sufijo -ílico luego de los prefijos met, et, but, según lo
indique el número de carbonos. Un ejemplo ilustrativo sería el siguiente:
Propiedades físicas Los éteres presentan unos puntos de ebullición inferiores a los alcoholes, aunque
su solubilidad en agua es similar. Dada su importante estabilidad en medios
básicos, se emplean como disolventes inertes en numerosas reacciones.
La importante solubilidad en agua se explica por los puentes de hidrógeno que se
establecen entre los hidrógenos del agua y el oxígeno del éter.
56
Propiedades químicas Los éteres tienen muy poca reactividad química, debido a la dificultad
que presenta la ruptura del enlace C—O. Por ello, se utilizan mucho
como disolventes inertes en reacciones orgánicas.
En contacto con el aire sufren una lenta oxidación en la que se forman
peróxidos muy inestables y poco volátiles. Estos constituyen un peligro
cuando se destila un éter, pues se concentran en el residuo y pueden dar
lugar a explosiones. Esto se evita guardando el éter con hilo de sodio o
añadiendo una pequeña cantidad de un reductor (SO4Fe, LiAIH4) antes
de la destilación.
Los éteres no son reactivos a excepción de los epóxidos. Las reacciones
de los epóxidos pasan por la apertura del ciclo. Dicha apertura puede ser
catalizada por ácido o apertura mediante nucleófilo.
(Apertura catalizada por ácido) El nucleófilo ataca al carbono más sustituido.
(Apertura por nucleófilo) El nucleófilo ataca al carbono menos sustituido.
Aplicaciones Medio para extractar para concentrar ácido acético y otros ácidos.
Medio de arrastre para la deshidratación de alcoholes etílicos e
isopropílicos.
Disolvente de sustancias orgánicas (aceites, grasas, resinas,
nitrocelulosa, perfumes y alcaloides).
Combustible inicial de motores Diésel.
Fuertes pegamentos
Antinflamatorio abdominal para después del parto, exclusivamente uso
externo.
Ejercicios Escriba la estructura o el nombre según corresponda para los siguientes
compuestos: Revise sus resultados consultando la sección de respuestas.
57
a)
b)
c)
d)
e)
disobutil éter
fenil-n-propil éter
n-butilisobutil éter
etilmetil éter
sec-butilter-butil éter
Los ésteres son compuestos orgánicos derivados de ácidos
orgánicos o inorgánicos oxigenados en los cuales uno o más protones son
sustituidos por grupos orgánicos alquilo (simbolizados por R')
Nomenclatura La nomenclatura de los ésteres deriva del ácido carboxílico y el alcohol de los que
procede. Así, en el etanoato (acetato) de metilo encontramos dos partes en su
nombre:
La primera parte del nombre, etanoato (acetato), proviene del ácido
etanoico (acético)
La otra mitad, de metilo, proviene del alcohol metílico (metanol).
Luego el nombre general de un éster de ácido carboxílico será "alcanoato de alquilo"
donde:
alcan-= raíz de la cadena carbonada principal (si es un alcano), que se
nombra a partir del número de átomos de carbono. Ej. Propan-significa
cadena de 3 átomos de carbono unidos por enlaces sencillos.
oato = sufijo que indica que es derivado de un ácido carboxílico. Ej.:
propanoato: CH3-CH2-CO- significa "derivado del ácido propanoico".
de alquilo: Indica el alcohol de procedencia. Grupo general.
Propiedades físicas Los ésteres pueden participar en los enlaces de hidrógeno como aceptadores, pero
no pueden participar como donadores en este tipo de enlaces, a diferencia de los
alcoholes de los que derivan. Esta capacidad de participar en los enlaces de
hidrógeno les convierte en más hidrosolubles que los hidrocarburos de los que
derivan. Pero las ilimitaciones de sus enlaces de hidrógeno los hace más
58
hidrofóbicos que los alcoholes o ácidos de los que derivan. Esta falta de capacidad
de actuar como donador de enlace de hidrógeno ocasiona el que no pueda formar
enlaces de hidrógeno entre moléculas de ésteres, lo que los hace más volátiles que
un ácido o alcohol de similar peso molecular. Muchos ésteres tienen un aroma
característico, lo que hace que se utilicen ampliamente como sabores y fragancias
artificiales
Propiedades químicas En las reacciones de los ésteres, la cadena se rompe siempre en un enlace sencillo,
ya sea entre el oxígeno y el alcohol o R, ya sea entre el oxígeno y el grupo R-CO-,
eliminando así el alcohol o uno de sus derivados. La saponificación de los ésteres,
llamada así por su analogía con la formación de jabones, es la reacción inversa a
la esterificación.
Los ésteres se hidrogenan más fácilmente que los ácidos, empleándose
generalmente el éster etílico tratado con una mezcla de sodio y alcohol (Reducción
de Bouveault-Blanc). El hidruro de litio y aluminio reduce ésteres de ácidos
carboxílicos para dar 2 equivalentes de alcohol.2 La reacción es de amplio espectro
y se ha utilizado para reducir diversos ésteres. Las lactonas producen dioles.
Existen diversos agentes reductores alternativos al hidruro de litio y aluminio como
el DIBALH, el trietil-borohidruro de litio o BH3–SiMe3reflujado con THF.3
El dicloruro de titanoceno reduce los ésteres de ácidos carboxílicos hasta el alcano
(RCH3) y el alcohol R-OH.4 El mecanismo probablemente se debe a la formación de
un alqueno intermediario.
El hidrógeno α de muchos ésteres puede ser sustraído con una base no nucleofílica
o el alcóxido correspondiente al éster. El carbanión generado puede unirse a
diversos sustratos en diversas reacciones de condensación, tales como
la condensación de Claisen , la Condensación de Dieckmann y la síntesis malónica.
Muchos métodos de síntesis de anillos heterocíclicos aprovechan estas propiedades
químicas de los ésteres, tales como la síntesis de pirroles de Hantzsch y la síntesis
de Feist-Benary.
Existen reacciones de condensación en las que se utiliza un reductor que aporte
electrones para formar el enlace C-C entre grupos acilo, como el caso de
la condensación aciloínica. Los ésteres pueden dar alcoholes con dos sustituyentes
idénticos por adición de reactivos de Grignard. Una aplicación de esta reacción es
la reacción de Fujimoto-Belleau.
59
Aplicaciones
Esencias de frutas
Ésteres procedentes de la combinación entre un alcohol de peso molecular bajo o
medio y un ácido carboxílico de peso molecular también bajo o medio. Como
ejemplos pueden citarse el butirato de butilo, con aroma a pino, el valerianato
isoamilo, con aroma a manzana y el acetato de isoamilo, con aroma a plátano.
Grasas y aceites
Ésteres procedentes del glicerol y de un ácido carboxílico de peso molecular medio
o elevado.
Ceras
Ésteres resultantes de la combinación entre un alcohol y un ácido carboxílico,
ambos de peso molecular elevado
Como disolventes de Resinas
Como aromatizantes
Como Antisépticos
En la elaboración de fibras semisintéticas
En la industria alimenticia y producción de cosméticos
60
En la obtención de jabones
Lactonas
Las lactonas son ésteres cíclicos internos, hidroxiácidos principalmente gamma y
delta. Estos compuestos son abundantes en los alimentos y aportan notas de
aromas de durazno, coco, nuez y miel.
Ejercicios Resolver los siguientes problemas:
1) ¿Cuál es el grupo funcional de un éster?
2) Un éster es el producto de la reacción entre:
a) Dos ácidos.
b) Dos alcoholes.
c) Un ácido y un alcohol.
d) Dos cetonas.
3) Escriba las fórmulas y nombres de los ésteres que pueden resultar de la
combinación del ácido sulfúrico con el etanol.
4) Escriba las fórmulas y nombres de los ésteres que pueden resultar de la
combinación entre:
a) Acido propanoico y metanol.
b) Acido etanoico y 2-propanol.
Ácidos carboxílicos Se caracterizan por tener el grupo "carboxilo" -COOH en el extremo de la cadena.
Nomenclatura Se nombran anteponiendo la palabra "ácido" al nombre del hidrocarburo del que
proceden y con la terminación "-oico".
ácido etanoico
Son numerosos los ácidos dicarboxílicos, que se nombran con la terminación "-
dioico"
61
ácido propanodioico
Con frecuencia se sigue utilizando el nombre tradicional, aceptado por la IUPAC,
para muchos de ellos, fíjate en los ejemplos.
Cuando los grupos carboxílicos se encuentran en las cadenas laterales, se
nombran utilizando el prefijo "carboxi-" y con un número localizador de esa
función. Aunque en el caso de que haya muchos grupos ácidos también se puede
nombrar el compuesto posponiendo la palabra "tricarboxílico",
"tetracarboxílico", etc., al hidrocarburo del que proceden.
ácido 2-carboxipentanodioico o ácido 1,1,3-propanotricarboxílico
Propiedades Físicas:
Solubilidad: El grupo carboxilo –COOH
confiere carácter polar a los ácidos y
permite la formación de puentes de
hidrógeno entre la molécula de ácido
carboxílico y la molécula de agua. La
presencia de dos átomos de oxígeno en
el grupo carboxilo hace posible que dos
moléculas de ácido se unan entre sí por
puente de hidrógeno doble, formando
un dímero cíclico.
Esto hace que los primeros cuatro ácidos
monocarboxílicos alifáticos sean líquidos
completamente solubles en agua. La
solubilidad disminuye a medida que
aumenta el número de átomos de
carbono. A partir del ácido dodecanóico o
ácido láurico los ácidos carboxílicos son
sólidos blandos insolubles en agua.
En los ácidos aromáticos monocarboxílicos, la relación carbono-carbono es de
6:1 lo que provoca que la solubilidad se vea disminuida con respecto a los
ácidos monocarboxílicos alifáticos.
62
Punto de ebullición: Los ácidos
carboxílicos presentan puntos de
ebullición elevados debido a la presencia
de doble puente de hidrógeno.
Punto de fusión: El punto de fusión varía
según el número de carbonos, siendo
más elevado el de los ácidos fórmico y
acético, al compararlos con los ácidos
propiónico, butírico y valérico de 3, 4 y 5
carbonos, respectivamente. Después de
6 carbonos el punto de fusión se eleva de
manera irregular.
Esto se debe a que el aumento del
número de átomos de carbono interfiere
en la asociación entre las moléculas.
Los ácidos monocarboxílicos aromáticos
son sólidos cristalinos con puntos de
fusión altos respecto a los ácidos
alifáticos.
Propiedades Químicas:
El comportamiento químico de los ácidos carboxílicos está determinado por el grupo
carboxilo -COOH. Esta función consta de un grupo carbonilo (C=O) y de un
hidroxilo (-OH). Donde el -OH es el que sufre casi todas las reacciones: pérdida de
protón (H+) o reemplazo del grupo –OH por otro grupo.
63
Constantes de acidez de algunos ácidos carboxílicos
Ácidos alifáticos Ka Ácidos aromáticos Ka
Métanoico 17,7 x
10-5 Fenil-metanóico
6,3 x 10-
5
Etanóico 1,75 x
10-5 Paranitrobenzóico
36 x 10-
5
Propanóico 1,3 x 10-
5 Metanitrobenzoico
32 x 10-
5
2-
metilbutanoico
1,68 x
10-5 Ortonitrobenzóico
670 x
10-5
Síntesis de los ácidos carboxílicos
Los ácidos carboxílicos pueden obtenerse a partir de reacciones químicas como la
oxidación de alcoholes primarios, de los compuestos alquil-bencénicos y por la
hidrólisis de nitrilos entre otras.
Oxidación de alcoholes primarios: para obtener ácidos carboxílicos mediante esta
reacción, el alcohol primario se trata con un agente oxidante fuerte donde el alcohol
actúa como un agente reductor oxidándose hasta ácido carboxílico.
Oxidación de los compuestos alquil-bencénicos: la oxidación de los derivados alquil-
bencénicos con mezclas oxidantes fuertes llevan a la formación de ácidos
carboxílicos.
64
Hidrólisis de Nitrilos: los nitrilos se hidrolizan al ser sometidos a ebullición con
ácidos minerales o álcalis en solución acuosa, generando ácidos carboxílicos
mediante sustitución nucleofílica.
Derivados de los Ácidos
Carboxílicos: Los derivados
carboxílicos son compuestos que
presentan el grupo acilo o el
grupo aroilo en los ácidos
alifáticos o aromáticos.
65
Aplicaciones Se utilizan los ácidos carboxílicos como emulsificantes, se usan especialmente para
pH bajos, debido a su estabilidad en estas condiciones.
Además se usan como antitranspirantes y como
neutralizantes, también para fabricar detergentes
biodegradables, lubricantes y espesantes para pinturas. El
ácido esteárico se emplea para combinar caucho
o hule con otras sustancias, como
pigmentos u otros materiales que
controlen la flexibilidad de los
productos derivados del caucho;
también se usa en la polimerización de
estireno y butadieno para hacer caucho
artificial. Entre los nuevos usos de los ácidos grasos se encuentran la flotación de
menas y la fabricación de desinfectantes, secadores de barniz y estabilizadores de
calor para las resinas de vinilo. Los ácidos grasos se utilizan también en productos
plásticos, como los recubrimientos para madera y metal, y en los automóviles,
desde el alojamiento del filtro de aire hasta la tapicería.
Ejercicios 1. Nombra los siguientes ácidos carboxílicos.
2. Escribir la fórmula estructural de cada uno de los siguientes compuestos; en los
casos en que se ha usado un nombre trivial, indicar el nombre IUPAC.
a) Ácido propenoico b) ácido 3-fenilpropanoico
c) ácido 2,3-dimetilbutanoico
66
d) ácido maleico
e) ácido 2-cloro-3-fenilpropanoico f) ácido cis-2-nonenoico
g) Ácido 2,3-dimetil-4-nitrobenzoico h) ácido adípico i) ácido trans-2-butenoico
j) ácido (2S,3R)-3-bromo-2-metilbutanoico
Funciones nitrogenadas
Las Aminas son compuestos que se obtienen cuando los hidrógenos del amoníaco
son reemplazados o sustituidos por radicales alcohólicos o aromáticos. Si son
reemplazados por radicales alcohólicos tenemos a las aminas alifáticas. Si son
sustituidos por radicales aromáticos tenemos a las aminas aromáticas
Nomenclatura Las aminas se nombran como derivados de los alcanos sustituyendo la terminación
-o por -amina. La posición del grupo funcional se indica mediante un localizador
que precede a la terminación -amina.
Las funciones nitrogenadas son las
que contienen, además de átomos de
carbono y de hidrógeno, átomos de
nitrógeno, aunque también pueden
contener átomos de oxígeno
67
Nomenclatura de aminas secundarias
Las aminas secundarias o terciarias, se nombran tomando el sustituyente más
grande como cadena principal, todos los demás grupos se nombran utilizando la
letra N- seguida por el nombre del sustituyente.
Aminas como sustituyentes
Cuando en la molécula existe un grupo funcional prioritario a la amina, esta se
convierte en un sustituyente que se nombra con el prefijo -amino. Son grupos
prioritarios al amino los ácidos carboxílicos, ésteres, amidas, nitrilos, aldehídos y
cetonas, alcoholes.
Propiedades físicas: La primera es gaseosa, hasta la de 11 carbonos son líquidas, luego sólidas.
Como siempre, el punto de ebullición aumenta con la cantidad de carbonos.
Con respecto a su solubilidad, las primeras son muy solubles en agua, luego va
disminuyendo con la cantidad de átomos de carbono.
68
Propiedades químicas Las aminas se comportan como bases. Cuando una amina se disuelve en agua,
acepta un protón formando un ion alquil-amonio.
Reacciones
La reacción con el ácido nitroso permite diferenciar entre aminas primarias,
secundarias y terciarias. Así:
Las aminas primarias reaccionan con desprendimiento de nitrógeno:
R—CH2—NH2 + HONO
R—CH2OH + N2 + H2O
Amina primaria Alcohol
Las aminas secundarias reaccionan lentamente en caliente con el ácido
nitroso formando nitrosaminas con apariencia aceitosa:
R—NH—R' + HONO
R—NNO—R' + H2O
Amina secundaria Nitrosamina
Las aminas terciarias tratadas con exceso de ácido nitroso conducen a la
formación de nitritos:
R—NR'—R'' + HONO
R—N(R') HNO2—R
Amina terciaria Nitrito de trialquilamonio
Ejemplos de los más importantes y Aplicaciones Tienen múltiples aplicaciones básicas en diversos campos, desde la preparación de
agentes reveladores de fotografía, jabón, desinfectantes etc.
APLICACIONES EN MEDICINA.
Entre las plantas y los animales se encuentran distribuidas una amplia variedad
de aminas con propiedades medicinales. Por ejemplo:
-La Quinina: Es un importante anti palúdico aislado de la corteza
del árbol chinchona.
-La Reserperina: Es un agente contra la hipertensión originado en un arbusto de
la India.
Poliaminas.
69
Las poliaminas son compuestos relacionados
con el crecimiento y diferenciación celular. El
por tanto, favorecen la síntesis de proteínas.
Durante el embarazo normal la espermina
aumenta en el plasma de la madre debido
al efecto de las poliaminas sobre el
crecimiento se debe a que estimulan la
replicación del ADN y, rápida proliferación
celular en la unidad fetoplacentaria.
APLICACIONES EN LA INDUSTRIA
Desinfectantes: Debido a su poder antiséptico,
bactericida y alguicida (inhiben el crecimiento de organismos monocelulares como
las bacterias y las algas). Son útiles para desinfectar heridas, granjas avícolas,
piscinas y material sanitario.
Inhibidores de la corrosión: En tuberías metálicas o en los
líquidos ácidos utilizados para limpiar la herrumbre. La
protección de la superficie metálica se debe a que se unen
a la superficie metálica por la parte polar formando una
capa protectora hidrófoba de una o dos moléculas de
espesor.
Agentes de flotación para separar minerales valiosos de su ganga, porque se
adsorben sobre las partículas cargadas negativamente.
Suavizantes de tejidos y cabellos. Las moléculas se fijan sobre las fibras por su
parte iónica formando una capa hidrófoba que impide su adherencia al secarse y
proporciona suavidad. Los compuestos utilizados con este fin incluyen dos cadenas
hidrocarbonadas largas en la molécula.
[(CH3-(CH2) n-CH2-CH2)2-N (CH3)2]Å Br-
Etanolaminas:
H2N-CH2CH2OH y HN (CH2CH2OH)2
Las etanolaminas son productos industriales muy valiosos que se utilizan, por su
carácter básico, para purificar gases industriales.
Abreviado como ETA o MEA, es un compuesto químico orgánico. Es el segundo
grupo más abundante en la cabeza polar de los fosfolípidos, que son substancias
que se encuentran en las membranas biológicas. Se utiliza para fabricar jabón y
detergentes, tinta, tinturas, caucho. También se mezcla con boro para su mejor
asimilación en agricultura.
Ejercicios Nombra las siguientes aminas empleando la nomenclatura IUPAC
70
Las amidas son derivados funcionales de los ácidos carboxílicos en los que se ha
sustituido el grupo -0H por el grupo –NH2, -NHR O –NRR’. También se pueden
obtener a partir de las aminas.
Nomenclatura Las amidas primarias se nombran sustituyendo la terminación oico o ico del
nombre sistemático o vulgar, del ácido del que derivan, por el sufijo amida. En las
amidas sustituidas se antepone al nombre anterior el de los radicales sobre el
nitrógeno, precedidos de la letra N.
Obtención
Las amidas pueden obtenerse a partir de halogenuros de alquilo por reacción con
amoniaco, aminas primarias o secundarias, con lo que resultan amidas primarias,
secundarias o terciarias, respectivamente. Por ejemplo:
CH3—CO—Cl + 2 CH3—NH2 CH3—CO—NH—CH3 + CH3—NH3+ Cl-
Cloruro de acetilo metilamina N-metilacetamida cloruro de metilamonio
Propiedades Físicas A excepción de la amida más sencilla (la formamida), las amidas sencillas
son todas sólidas y solubles en agua, sus puntos de ebullición son bastante
más altos que los de los ácidos correspondientes Casi todas las amidas son incoloras e inodoras Son neutras frente a los indicadores Los puntos de fusión y ebullición de las amidas secundarias son bastante
menores Por su parte, las amidas terciarias no pueden asociarse, por lo que son
líquidos normales, con puntos de fusión y ebullición de acuerdo con su peso molecular
71
Propiedades Químicas Basicidad
Las amidas son básicas, debido a la interacción mesómera entre el doble enlace
carbonilo y el par de electrones del átomo de nitrógeno
La carga positiva parcial que resulta sobre el átomo de nitrógeno disminuye su
basicidad y la protonación de las amidas que solo tiene lugar, en
condiciones fuertemente ácidas, ocurre sobre el átomo de oxígeno, ya que así la
carga del catión resultante queda deslocalizada, lo que ocurriría si el catión se
formase por protonación del nitrógeno
Hidrólisis Ácida
La hidrólisis ácida de las amidas primarias produce ácido orgánico libre y una sal
de amonio. Las amidas secundarias y terciarias producen el correspondiente ácido
y una sal de amonio cuaternario.
Básica
La hidrólisis básica de las amidas produce una sal de ácido orgánico y amoníaco o
aminas, según el tipo de amida.
Reacción de las amidas con el ácido nitroso
72
Al tratar amidas con ácido nitroso, se convierte en ácido orgánico, desprendiéndose
el nitrógeno gaseoso.
Reacción de Hoffman
Se trata una solución acuosa de amida con hipoclorito o hipodromito de sodio e
hidróxido de sodio formando así una amina pura. Esta reacción es característica
de las amidas primarias.
Reducción de amidas
Para convertir una amida en amina se usa el hidruro de litio y el aluminio.
Ejemplos y Usos de las Amidas La Urea es uno de los compuestos más importantes relacionados con las amidas:
La urea es un polvo blanco cristalino utilizado en plásticos y fertilizantes. Es un producto del metabolismo de las proteínas; se encuentra en altas concentraciones en la orina de los animales.
Su estructura es:
73
La síntesis de urea en un laboratorio fue el hecho que rompió con la idea de que solo se podía sintetizar compuestos orgánicos de forma natural. La producción de la urea ocurre en el organismo, mientras que a nivel industrial se obtiene por reacción de amoniaco y fosfeno. Por otra parte, el Nylon también pertenece a la familia de las amidas y es considerada como una poliamida.
Ejercicios Dibuja la estructura de las siguientes amidas
a) Metanamida
b) Butanamida
c) N,N-Dimetiletanamida
d) Benzamida
e) Propanodiamida
f) N-Metildietanamida
g) N-Metilciclohexanocarboxamida
h) N-Etil-N-metilciclobutanocarboxamida
i) Butanodiamida
j) Ácido 3-carbamoílpropanoico
k) Ácido 3-carbamoílciclohexanocarboxílico
l) Etanodiamida
Nitrilos Los nitrilos son compuestos orgánicos que poseen un grupo de ciano (-C≡N)
como grupo funcional principal. Son derivados orgánicos del cianuro de los que el
hidrógeno ha sido sustituido por un radical alquilo.
Nomenclatura Regla 1. La IUPAC nombra los nitrilos añadiendo el sufijo -nitrilo al nombre del
alcano con igual número de carbonos.
Regla 2. Cuando actúan como sustituyentes se emplea la
partícula ciano....., precediendo el nombre de la cadena principal.
74
Propiedades físicas El grupo ciano está polarizado de tal forma que
el átomo de carbono es el extremo positivo del
dipolo y el nitrógeno el negativo. Esta polaridad
hace que los nitrilos estén muy asociados en
estado líquido. Así, sus puntos de ebullición
son algo superiores a los de los alcoholes de
masa molecular comparable. Los nitrilos de
más de 15 carbonos son sólidos.10
Exceptuando los primeros de la serie, son
sustancias insolubles en agua. La mayoría de
los nitrilos tienen un olor que recuerda al del cianuro de hidrógeno y son
moderadamente tóxicos.
Propiedades químicas
El olor de los nitrilos recuerda al del cianuro de hidrógeno y son
moderadamente tóxicos.
Los nitrilos, aunque no contienen el enlace C=O, se consideran a veces
como derivados funcionales de los ácidos carboxílicos porque en la
reacción de hidrólisis (en medios ácidos o básicos) se transforman en
ácidos carboxílicos y sales de amonio.
Los nitrilos adicionan hidrógeno en presencia de un catalizador
produciendo aminas = hidrogenación
CH3 - CN + 2H2 --> CH3 - CH2 - NH2
Sustitución electrofílica:
Permite aumentar en un átomo de carbono la cadena de un compuesto.
75
Aplicaciones Dada la gran variedad de reacciones que sufren los nitrilos, son materia prima para
un gran número de compuestos de amplio uso en la industria y a nivel laboratorio.
Excelente para elaborar todo tipo de empaques o bridas que contacten aceites,
grasas o productos químicos diversos medianamente corrosivos.
Se utiliza en la producción de colorantes.
Sirve para la producción de guantes de látex,
para la industria química y farmacéutica.
Se utiliza para la producción de esmaltes y
pinturas.
Productos de limpieza para uso industrial.
Ejercicios Escribe las fórmulas estructurales de los siguientes nitrilos
a) Metanonitrilo
b) Benzonitrilo
c) Ciclohexanocarbonitrilo
d) Propanodinitrilo
e) But-3-enonitrilo f) 3-Oxociclopentanocarbonitrilo
g) Ácido 3-cianobutanoico
h) 3-Ciano-5-hidroxipentanoato de metilo
i) Etanodinitrilo (cianógeno)
j) 2-Metilpentanonitrilo
76
Isómeros
La isomería es una propiedad de ciertos compuestos químicos que
con igual fórmula molecular (fórmula química no desarrollada) es
decir, iguales proporciones relativas de los átomos que conforman
su molécula, pero que presentan estructuras moleculares
distintas o diferente estructura espacial y, por ello, diferentes
propiedades.
Dichos compuestos reciben la denominación de isómeros. Por
ejemplo, el alcohol etílico o etanol y el éter Dimetílico son isómeros
cuya fórmula molecular es C2H6O. Existen dos formas de isomería:
Isomería estructural e isomería espacial.
ISOMERÍA ESTRUCTURAL
Presentan esta forma de isomería, aquellas moléculas que poseen la misma fórmula
molecular, pero difieren en la distribución de los enlaces entre sus átomos. A su vez la
isomería estructural puede ser de tres formas.
ISOMERÍA DE CADENA: Los isómeros de cadena se diferencian
entre sí en la distinta disposición de los átomos de C en la cadena
principal. Es posible en cadenas con más de 4 átomos de carbono
y cuantos más átomos de C tenga el compuesto, más isómeros de
cadena puede presentar. Ejemplo:
ISOMERÍA DE POSICIÓN: Estos isómeros tienen el mismo grupo
funcional y se diferencian en la posición de éste en la cadena
principal. Se mantiene la estructura de la cadena principal. Los
nombres de estos isómeros se diferencian en los localizadores.
Ejemplo:
ISOMERÍA DE FUNCIÓN: Son isómeros de este tipo los compuestos con la misma fórmula
molecular y diferente grupo funcional. Ejemplo:
77
ISOMERÍA ESPACIAL: Presentan esta isomería aquellos compuestos con igual
fórmula molecular desarrollada, pero que se diferencian en la disposición espacial de
los átomos (distinta fórmula tridimensional) o posición relativa de los sustituyentes.
Es decir, los estereoisómeros o isómeros espaciales son compuestos que tienen
fórmulas moleculares idénticas y sus átomos presentan la misma distribución (la
misma forma de la cadena; los mismos grupos funcionales y sustituyentes; situados
en la misma posición), pero su disposición en el espacio es distinta, o sea, difieren en
la orientación espacial de sus átomos. Los isómeros espaciales pueden ser de dos
tipos: conformacionales o configuracionales.
5.2.1 ISÓMEROS ESPACIALES CONFORMACIONALES:
Se origina cuando la orientación de alguno de los elementos se da
por rotación o flexión de los carbonos. A su vez los isómeros
conformacionales pueden ser de cadena abierta (se originan por
rotación) o de cadena cerrada (se originan por flexión).
5.2.2 ISÓMEROS ESPACIALES CONFIGURACIONALES: se originan por rompimiento
y formación de enlaces. A su vez se subdividen en:
GEOMÉTRICOS: Se produce cuando hay dos
carbonos unidos con doble enlace que tienen las otras
valencias con los mismos sustituyentes (2 pares) o con
dos iguales y uno distinto. No se presenta isomería
geométrica ligada a los enlaces triples o sencillos.
Ejemplo:
78
ÓPTICOS: se presentan cuando un compuesto tiene al
menos un átomo de Carbono asimétrico o quiral, es decir,
un átomo de carbono con cuatro sustituyentes diferentes,
pueden formarse dos variedades distintas llamadas
estereoisómeros o enantiómeros, aunque todos los
átomos están en la misma posición y enlazados de igual
manera. Ejemplo:
Aún falta el ciclo
de Krebs
79
Ciclo de Krebs El ciclo de Krebs (conocido también como ciclo de los ácidos tricarboxílicos o ciclo
del ácido cítrico) es un ciclo metabólico de importancia fundamental en todas las
células que utilizan oxígeno durante el proceso de respiración celular. En estos
organismos aeróbicos, el ciclo de Krebs es el anillo de conjunción de las rutas
metabólicas responsables de la degradación y desasimilación de los carbohidratos,
las grasas y las proteínas en anhídrido carbónico y agua, con la formación de
energía química.
El ciclo de Krebs es una ruta metabólica anfibólica, ya que participa tanto en
procesos catabólicos como anabólicos. Este ciclo proporciona muchos precursores
para la producción de algunos aminoácidos, como por ejemplo el cetoglutarato y el
oxalacetato, así como otras moléculas fundamentales para la célula.El ciclo toma
Su nombre es en honor del científico anglo-alemán Hans Adolf Krebs, que propuso
en 1937 los elementos clave de la ruta metabólica. Por este descubrimiento recibió
en 1953 el Premio Nobel de Medicina.
80
Bibliografía Química Orgánica, John McMurry, Ediciones Paraninfo, S.A., 2009.
Química Orgánica, Francis A. Carey, Sexta Edición, Mc Graw Hill.
Química Orgánica, Morrison Y Boyd, Quinta Edición, Pearson Addison.
Química Orgánica, L.C. Wade, Jr. Tercera Edición, Pearson Prentice Hall.
Recuperado de http://la100ciadelaquimica.blogspot.com/
Recuperado de
http://recursostic.educacion.es/secundaria/edad/4esofisicaquimica/impresos/q
uincena10.pdf
Recuperado de http://es.wikipedia.org/wiki/Qu%C3%ADmica_org%C3%A1nica
Recuperado de
http://www.lenntech.es/periodica/elementos/c.htm#ixzz33VJOtwUv
Recuperado de http://es.wikipedia.org/wiki/Carbono
Recuperado de http://ejercicios-
fyq.com/Formulacion_organica/32_grupos_funcionales.html
http://www.profesorenlinea.cl/Quimica/Hidrocarburos.html
Recuperado de
https://es.answers.yahoo.com/question/index?qid=20071024072529AApojbF
Recuperado de http://www.quimicaorganica.org/alquenos/421-nomenclatura-
de-alquenos.html
Recuperado de http://quimicaparatodosccp.blogspot.com/2010/10/propiedades-
quimicas-de-los-alquenos-y.html
Recuperado de http://www.oocities.org/pelabzen/problbenz.html
Recuperado de http://hidrocarburos-tess.blogspot.com/2012/06/propiedades-
fisicas.html
Recuperado de http://www.monografias.com/trabajos76/amidas-compuesto-
organico/amidas-compuesto-organico.shtml#ixzz33mDK83jt
Recuperado de http://www.quimicaorganica.net/nomenclatura-aminas.html
Recuperado de
http://depa.fquim.unam.mx/amyd/archivero/GRUPOSFUNCIONALES_2934.pdf
Imagen Recuperada de es.dreamstime.com1300 × 1390
Imagen Recuperada de www.motorizados.net480 × 320
81
Imagen Recuperada de www.monografias.com332 × 214
Imagen Recuperada de adriamile.blogspot.com352 × 400
Imagen Recuperada de es.dreamstime.com400 × 400
Imagen Recuperada de www.quimitube.com324 × 179
Imagen Recuperada de www.novaciencia.com150 × 145
Imagen Recuperada de eltamiz.com200 × 187
Imagen Recuperada de pioneros.puj.edu.co300 × 462
Imagen Recuperada de scienceworld.wolfram.com216 × 238
Imagen Recuperada de www.vectorizados.com332 × 332
Imagen Recuperada de astral-viaje.blogspot.com278 × 400
Imagen Recuperada de es.wikipedia.org1141 × 1503
82
El estudio de la química orgánica es muy
importante, ya que sin ella no tendríamos
muchas de las cosas que usamos diariamente.