Quimica14 Compuestos Oxigenados de La Química Del Carbono

Compuestos oxigenados de la Química del Carbono

14.- COMPUESTOS OXIGENADOS DE LA QUÍMICA DEL CARBONO 14.1.- Introducc Introducción. ión. ............... ....................... ................ ................. ................. ................ ................ ................. ................. ........ 340 14.2.14.2.- Al Alcoh cohole oles. s. ...... .......... ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ....... ....... ........ ....... ....... ........ ....... ....... ........ ....... ....... ........ 340 14.2 14.2.1 .1..- Estr Estruc uctu tura ra y nome nomenc ncla latu tura ra.. ..... ........ ...... ...... ...... ...... .......... ...... ...... ...... .......... ...... ...... ...... .......... ...... ...... ... 14.2 14.2.2 .2..- Pro Propi pied edad ades es físi física cas. s. ..... ........ ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... .......... ...... ...... ...... .......... ...... ...... ...... .......... ..... 14.2 14.2.3 .3..- Reac Reacci cion ones es quí quími mica cas. s. ..... ........ .......... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... .......... .....

340 340 341 341 342 342

14.3.14.3.- Aldehíd Aldehídos os y cetona cetonas. s. ...... .......... ........ ........ ........ ........ ........ ....... ....... ........ ....... ....... ........ ....... ....... ........ ....... ...... ... 344 14.3 14.3.1 .1..- Estr Estruc uctu tura ra y nome nomenc ncla latu tura ra.. ..... ........ .......... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ... 14.3 14.3.2 .2..- Prop Propie ieda dade dess físi física cas. s. ...... ......... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... .......... ...... ...... ...... ...... ...... ....... 14.3 14.3.3 .3..- Reac Reacci cion ones es quím químic icas as.. ..... ........ ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... .......... ...... ...... ...... .......... ...... ...... ...... ...... ...... ....... 14.3.4 14.3.4..- Aldeh Aldehíd ídos os y ceton cetonas as de espe especi cial al imp import ortanc ancia. ia. ....... ........... ........ ......... .......... .......... ........ ...

344 344 346 346 346 346 348

14.4.14.4.- Ácidos Ácidos carbox carboxíli ílicos cos.. ...... .......... ........ ........ ........ ........ ........ ....... ....... ........ ....... ....... ........ ....... ....... ........ ....... ...... ... 348 14.4 14.4.1 .1..- Estr Estruc uctu tura ra.. ...... ......... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... .......... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ... 14.4 14.4.2 .2..- Prop Propie ieda dade dess físi física cas. s. ...... ......... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... .......... ...... ...... ...... ...... ...... ....... 14.4 14.4.3 .3..- Nome Nomenc ncla latu tura ra.. ...... ......... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... .......... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ....... 14.4.4 14.4.4..- Reac Reacci cione oness quí quími micas cas.. ....... ........... ......... .......... ......... ......... .......... ......... ......... .......... ......... ........ ......... .......... ......... 14.4 14.4.5 .5..- Algu Alguno noss ácid ácidos os carbo carboxí xíli lico coss im impo port rtan ante tes. s. ..... ........ .......... ...... ...... ...... ...... ...... ...... .......... .......

348 348 348 348 349 349 350 351 351

14.5.14.5.- Éster Ésteres. es. ...... .......... ........ ........ ........ ........ ........ ....... ....... ........ ....... ....... ........ ....... ....... ........ ....... ....... ........ ....... ....... ........ ....... ....... 351 14.5.1 14.5.1..- Estru Estructu ctura ra y nomenc nomenclat latura ura.. ........ ............ ......... .......... .......... ......... ......... .......... ......... ......... .......... ......... ........ 14.5.2 14.5.2..- Rea Reacc ccion iones es quí quími micas cas de los los éste ésteres res.. ........ ............ ......... .......... .......... .......... ......... ........ ......... ........ ...

351 352

14.6.14.6.- Éteres Éteres.. ...... .......... ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ....... ....... ........ ....... ....... ........ ....... ....... ........ ....... ....... ........ ....... ....... 353 14.6 14.6.1 .1..- Estr Estruc uctu tura ra y nome nomenc ncla latu tura ra.. ..... ........ ...... ...... ...... ...... .......... ...... ...... ...... .......... ...... ...... ...... .......... ...... ...... ... 14.6 14.6.2 .2..- Alg Algun unos os éter éteres es im impo port rtan ante tes. s. ..... ........ ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... .......... ...... ...... ...... .......... ...... ...... ...

353 353 354 354

14.7.14.7.- Proble Problemas mas y cuest cuestion iones. es. ...... .......... ....... ....... ........ ....... ....... ........ ....... ....... ........ ....... ....... ........ ....... ....... ....... ... 355

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14.1.- Introducción. Los Los compue compuesto stoss oxi oxigen genado adoss orgáni orgánico coss son son numero numerosos sos puesto puesto que el átomo átomo de oxíge oxí geno, no, dada dada su estru estruct ctura ura,, permit permitee una gran gran varie varieda dadd de enla enlace cess y posib posibil ilida idades des de combinación. Según Según sean sean los los grupos grupos funcio funcional nales es en los cuale cualess está está prese present ntee el oxí oxígen geno, o, los los compuest compuestos os oxigena oxigenados dos se clasifi clasifican can en alcohole alcoholess (R-OH), fenoles fenoles (Ar-OH), aldehído aldehídoss (R-CHO), cetonas (R-CO-R'), ácidos carboxílicos (R-COOH), ésteres (R-COOR') y éteres (R-O-R'). Las propiedades de cada uno de estos grupos son totalmente diferentes y en este tema pre prete tend ndem emos os dar dar únic únicam amen ente te una una intr introd oduc ucci ción ón a cada cada uno uno de ello ellos, s, dest destac acan ando do su nomenclatura, características y reacciones más importantes.

14.2.- Alcoholes. 14.2.1.- Estructura y nomenclatura. Se denomina alcohol a toda aquella sustancia sustancia que posea un grupo oxidrilo (OH) unido directamente a un átomo de carbono. Pueden clasificarse en: a) Alcoholes primarios: Se caracterizan porque el carbono unido al grupo -OH está en un extremo de la cadena: Se nombran igual que el hidrocarburo del que provienen pero con la terminación -ol. -ol. Si el alcohol no es la función principal, se nombran con el prefijo hidroxi- con la numeración correspondiente, correspondiente, por ejemplo:

b) Alcoholes secundarios: La función alcohol está en un carbono secundario:

y, de la misma manera que antes, si la función alcohol no es la principal:

(recuerda que hay que nombrar los sustituyentes por orden alfabético)












c) Alcoholes ternarios: La función alcohol está en un carbono ternario.

d) Alcoho Alcohole less aromát aromático icos: s: Los compue compuesto stoss que ll llev evan an el grupo grupo -OH sobre sobre anill anillos os bencéni bencénicos cos monocícl monocíclico icoss y bicícli bicíclicos cos se llaman llaman respecti respectivame vamente nte fenoles fenoles y naftoles naftoles.. Por ejemplo:

14.2.2.- Propiedades físicas. Los alcoholes de menos número de carbono son solubles en agua debido a la polaridad del grupo oxidrilo:

al ir aumentando el peso molecular, la solubilidad va disminuyendo, dado que el resto de la cadena no es polar (por la escasa diferencia de electronegatividad que hay entre el C y el H y la simetría de los enlaces tal y como se comentó en el tema anterior). El punto de ebullición va aumentando a medida que aumenta el número de átomos de carbono de la cadena. Los alcoholes de menos átomos de carbono (metanol, etanol), tienen puntos de ebullición anormalmente altos debido a los enlaces por puentes de hidrógeno:












14.2.3.- Reacciones químicas. En los alcoholes podemos distinguir dos tipos de enlaces:

el enlace R-O y el enlace O-H. Según cuál de los dos se rompa dará lugar a tipos diferentes de reacciones: a) Rotu Rotura ra del enl enlace ace O-H: Es el caso menos frecuente. Se produce en presencia de un metal alcalino obteniéndose un compuesto iónico denominado alcóxido. Por ejemplo:

al CH3ONa se le llama metóxido sódico. b) Rotura Rot ura del enl enlace ace R-O: Hay varios tipos de ellas. Por ejemplo: i) Sustitución: Sustitución:

es una reacción muy empleada para la obtención de derivados halogenados. ii) Reacciones de deshidratación en las que se pierde agua durante el proceso:

los agentes deshidratantes más utilizados son el ácido sulfúrico (H 2SO4), el bisulfato sódico (NaHSO4) y el ácido fosfórico (H 3PO4).Un ejemplo concreto puede ser:












c) Reacciones de oxidación con agentes inorgánicos como el ion permanganato o el ion dicromato: MnO4, Cr 2O7-2 con alcoholes primarios se obtiene el ácido correspondiente (pasando por el aldehído como producto intermedio):

y si el alcohol es secundario, se obtiene la cetona correspondiente:

Si el alcohol es ternario, no se produce la reacción en condiciones normales:

d) Reacciones de obtención de alcoholes: i) Hidrólisis de halogenuros de alquilo: Esta reacción se produce en presencia de catalizadores básicos:

ii) Hidratación de alquenos: Estas reacciones están catalizadas por ácidos:

en esta ejemplo, da igual, pero recuerda que, aplicando la regla de Marcownikoff, el grupo












iii) Fermentación de líquidos azucarados: Por ejemplo, el etanol o alcohol etílico (que es el "alcohol" del lenguaje vulgar), constituyente embriagante de las bebidas alcohólicas, se obtiene por la fermentación de azúcares por la acción de levaduras:

14.3.- Aldehídos y cetonas. Son compuestos orgánicos que tienen un carbono unido con un doble enlace a un oxígeno (grupo (grupo carbonilo). carbonilo ). Si el carbono es terminal será un aldehído y si es un carbono secundario, será una cetona. 14.3.1.- Estructura y nomenclatura. a)

Los aldehídos tienen la siguiente estructura:

si se escribe la fórmula semidesarrollada, los aldehídos se escriben como R-CHO, con el oxígeno al final, para diferenciarlos mejor de los alcoholes alcoholes (R-OH). Se nombran igual que el hidrocarburo del que provienen pero con la terminación -al. -al. Por ejemplo:

(recuerda que hay que nombrar los sustituyentes por orden alfabético)














b) Las cetonas tienen la siguiente estructura:

Se nombran con la terminación -ona e indicando el número del carbono que posee ese doble enlace con el oxígeno. Por ejemplo:

se puede comprender fácilmente que no hay cetonas con un número de carbonos inferior a tres: observa en este compuesto no es necesario especificar en qué carbono está ubicado el carbono que está unido al oxígeno (grupo carbonilo), debido a que si estuviese en los carbonos terminales no sería una cetona y si se sitúa en cualquiera de los dos compuestos intermedios los compuestos resultantes son idénticos.

En casos complejos complejos en los que haya otra función principal, principal, la cetona (o el aldehído) se puede nombrar como sustituyente utilizando la partícula -oxo. -oxo. Por ejemplo:

Por otra parte, el nombre vulgar de una cetona está formado por el sufijo cetona y los prefijos de los nombres de los grupos alquilo a los que está unido el grupo carbonilo en orden












14.3.2- Propiedades físicas. Los aldehídos y las cetonas son compuestos generalmente líquidos si tienen bajo peso molecular. En este caso se disuelven muy bien en agua debido a la polaridad del enlace del grupo carbonilo. 14.3.3.- Reacciones químicas. a) Reacciones Reacciones de obtención: obtención: Como ya hemos comentado, los aldehídos y las cetonas se obtienen por oxidación de alcoholes catalizado por agentes químicos: i) si el alcohol es primario se obtiene el aldehído correspondiente:

recordemos que en este tipo de reacciones también se puede obtener el ácido correspondiente.

ii) si el alcohol es secundario se obtiene la cetona correspondiente:

iii) Los alcoholes ternarios no presentan este tipo de reacciones. adición : Consisten en el ataque al grupo carbonilo (-C=O) por parte b) Reacciones de adición: de un reactivo nucleófilo, generalmente un anión, por ejemplo:












fuerte:

c) Reacciones de condensación: condensación : se verifican en presencia de un catalizador básico

d) Reaccion Reacc iones es oxidac ox idación ión -reducción reduc ción : Se observan diferencias entre los aldehídos y las cetonas. i) Mientras que las cetonas son bastante estables a la oxidación:

ii) los aldehídos son fácilmente oxidables a ácidos debido a que los aldehídos son buenos reductores:

Esto sirve para diferenciar diferenciar los aldehídos de las cetonas, y la prueba de Tollens se basa en esta propiedad. Dicha prueba consiste en mezclar el aldehído con una disolución de nitrato de plata plata en amoni amoniaco aco (formá (formándo ndose se un compl complejo ejo de plata plata amoni amoniaca acall cuya cuya fórmul fórmulaa es + (Ag(NH3)2) ):

el aldehído se oxida a ácido y la plata se reduce a metal (apareciendo un espejo de plata en las paredes del tubo de ensayo donde se verifica la reacción). Dicha reacción no se produce con las cetonas. iii) En contrapartida, la reducción es sencilla tanto para aldehídos como para cetonas utilizando hidrógeno y un catalizador (platino).












14.3.4.- Aldehídos y cetonas de especial importancia. el metanal o formaldehído f ormaldehído : También llamado vulgarmente vulgar mente formol for mol se utiliza como antisé antisépti ptico co,, como como punto punto de parti partida da para para la fabric fabricac ación ión de otros otros compue compuesto stoss orgánicos y para la preparación de resinas sintéticas. Las diso disoluc lucion iones es de formol formol tambi también én se utili utilizan zan para para conser conservar var y endur endurec ecer er muestras de tejidos y órganos. Como gas también se emplea para desinfectar habitaciones y locales, ya que destruye formas de vida inferiores. b) La propan propanona ona o aceto acetona na: Es un lí líqui quido do incol incoloro oro de olor olor agrad agradabl ablee mi misc scibl iblee total totalmen mente te en agua agua,, meta metanol nol y éter éter etíl etílic ico. o. Se uti utili liza za princi principa palme lment ntee como como disolvente de muchas sustancias orgánicas (pinturas, esmaltes, etc.). a)

14.4.- Ácidos carboxílicos. 14.4.1.- Estructura. Estructura . Se caracterizan por tener un grupo llamado carboxilo (-COOH). Su estructura es:

14.4.2.- Propiedades físicas. Los ácidos de pocos átomos de carbono son solubles en agua y poseen un olor desa desagra gradab dable le.. Los de más bajo bajo peso peso mol molec ecul ular ar ti tiene enenn puntos puntos de ebull ebullic ición ión elev elevado adoss comparados con los que poseen otras sustancias de peso molecular parecido debido a los enlaces por puente de hidrógeno, que hasta incluso hacen que las moléculas de ácido se puedan dimerizar:

Son, por lo general, ácidos débiles, debido a la facilidad que tienen para desprender protones:












14.4.3.- Nomenclatura. Los Los ácid ácidos os de más más bajo bajo peso peso mo mole lecu cula larr pose poseen en nomb nombre ress cara caract cter erís ísti tico coss mu muyy arraigados que se utilizan con mucha frecuencia: Fórmula HCOOH CH3 - COOH CH3 - CH2 - COOH CH3 - CH2 - CH2 - COOH

Nombre Ac. fórmico Ac. acético Ac. propiónico Ac. butírico

pKa 3'75 4'75 4'87 4'81

La IUPAC recomienda nombrarlos con la palabra ácido delante y la terminación -oico. -oico. La cadena principal principal no tiene porque ser la más larga sino aquella que contiene al grupo carboxilo, y el carbono de este grupo es el numerado como "1" a la hora de nombrar los posibles sustituyentes. Por ejemplo:

Los grupos carboxilo, es evidente que sólo pueden situarse en carbonos terminales, por lo que si en una misma molécula hay dos grupos ácido, no es necesario especificar dónde se encuentran:














14.4.4.- Reacciones químicas. a) Reacciones de formación de ácidos: ácidos : Por oxidación de alcoholes primarios y/o aldehídos. Los agentes oxidantes químicos convierten a los alcoholes primarios en aldehídos y éstos últimos se oxidan fácilmente a ácidos:

b) Reacciones Reacciones de neutralización: neutralización:

Reaccion iones es de formac formación ión de éster ésteres es:: Se pued c) Reacc pueden en cata catalo loga garr tamb tambié iénn como como reacciones de neutralización actuando el alcohol como una base:












e) Reacciones Reacciones de deshidratación: deshidratación: Dos moléculas de ácido pierden agua cuando se les somete a fuerte calefacción calefacción dando lugar a lo que se denomina un anhídrido:

reducción : f) Reacciones de reducción: El trata tratamie miento nto de un ácido ácido con ciert ciertos os agen agentes tes reduct reductore oress (como (como los los hidru hidruros ros metálicos complejos), conduce al alcohol primario correspondiente:

11.4.5.- Algunos ácidos carboxílicos importantes. a)

Ácido fórmico (HCOOH): (HCOO H): Se encuentra en las hormigas y en las ortigas. El dolor












Son la unión de un ácido con un alcohol:

Se nombran citando primero la raíz del ácido cambiando su terminación por el sufijo -ato y a continuación el nombre del radical correspondiente al alcohol. Por ejemplo:

Los ésteres son compuestos muy difundidos en la naturaleza. Los que provienen de ácidos con pocos átomos de carbono forman parte de las esencias de flores y frutas, y son los responsables de su aroma. Así, el acetato de isoamilo se encuentra en el plátano, el butirato de amilo en el albaricoque, el acetato de etilo en la piña tropical etc.












b) con álcalis para álcalis para dar la sal y el alcohol correspondiente:

Un ejemplo particular de este tipo de reacciones es la llamada saponificación de grasas. Dicho proceso consiste en la reacción de hidrólisis de grasas (que son, como ya hemos indicado, poliésteres) con álcalis fuertes, para la producción de ácidos grasos y jabón (sal sódica). Por ejemplo:

14.6.- Éteres. 14.6.1.- Estructura y nomenclatura.












Según la IUPAC, se construye el nombre del éter considerando 1.

El grupo más sencillo unido al oxígeno es el grupo alcóxido que se nombra igual que el hidrocarburo del que provine terminado en -oxi. -oxi. Los más sencillos son: Grupo CH3 - O CH3 - CH2 - O CH3 - CH2 - CH2 - O CH3 - CH2 - CH2 - CH2 - O C6H5 - O -

Grupo metoxilo etoxilo propoxilo butoxilo fenoxilo

2. Nombre Nombre del sustituye sustituyente nte más comple complejo jo indicando indicando con un número número la posición posición del carbono unido directamente al oxígeno:














14.7.- Problemas y cuestiones. 665.- Formula los siguientes compuestos orgánicos oxigenados según las reglas de la IUPAC: a) 2-metil-1,4-pentanodiol b) 1,2,3-propanotriol (glicerina) c) 4, 4,4-dimetil-1-pentanol d) 3-buten-1,2-diol e) 4-hexen-2-lo f) 2-propen-1-ol g) 2-etil-2-buten-1-ol h) propanona i) 3-metil-2-butanona j) 4-metil-2-pentanona 4-metil-2-pentanona k) 1,5-hexadien-3-ona l) 4-fenil-2-butanona ll) 5-etil-5-hexen-2,4-diona m) 3-pentin-2-ona n) 3,4-dihidroxi-2-butanona 3,4-dihidroxi-2-butanona

x) Metoxi-1-metiletano y) Etoxipropano (etilpropiléter) z) 22-metoxi-4-oxahexanol aa) Etoxibenceno (etilfeniléter) ab) Etoxiciclobutano (ciclobutiletiléter) ac) Metoxobenceno (Fenilmetiléter) ad) ácido acético (ácido etanoico) ae) ácido 2-metilpropanoico af) ácido etanodioico ag) ácido 3-metilbutanoico 3-metilbutanoico ah) ácido 2-butenodioico ai) ácido pentanoico pentanoico aj) ácido 2,3-dioxobutanodioico 2,3-dioxobutanodioico ak) ácido 2-hidroxipropanoico 2-hidroxipropanoico al) ácido 2,3-dihidroxibutanodioico 2,3-dihidroxibutanodioico












669. 669.-- Nomb Nombra ra segú segúnn la IUPA IUPAC C todo todoss los los comp compue uest stos os orgá orgáni nico coss oxig oxigen enad ados os que que a continuación se relacionan: a)

b) c)

d)

e)












n)

ñ) o) p)

q)












y) z)

aa) ab) ac)

ad)












al)

am )

an)

añ)














au)

av) aw)












674. 674.-- a) Escr Escrib ibee la fórm fórmul ulaa del del 2-pr 2-prop opan anol ol y del del 1-bu 1-buta tano nol. l. Expl Explic icaa el dist distin into to comportamiento de ambos compuestos frente a oxidantes. b) Escribe dos reacciones características del grupo carboxilo. 675.- Cada uno uno de los los siguientes siguientes compuestos: compuestos: 2-propanol, 2,3-dibromoetano, 2,3-dibromoetano, butano, butano, puede prepararse a partir de un alqueno. Da el nombre del alqueno elegido y escribe las reacciones correspondientes para la preparación de los compuestos citados. 676.- Formula Formula los siguiente siguientess compuest compuestos os orgánicos orgánicos oxigenados oxigenados según las reglas reglas de la IUPAC:












685. 685.-- ¿Qué ¿Qué es un éste éster? r? Escr Escrib ibee una una reac reacci ción ón de este esteri rifi fica caci ción ón y una una reac reacci ción ón de saponificación. 686.- Define una grasa desde desde el punto de vista de su su composición composición química. química. ¿Qué tipos de de substancias se emplean para disolver las grasas? 687.- ¿Qué son los jabones? ¿Cómo se obtienen los jabones a partir de las grasas naturales?

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