―Año de la Inversión para Inversión para el Desarrollo Rural y la Seguridad Alimentaria‖
Institución Educativa Privada ―San Agustín‖
Área
:
QUÍMICA
Docente :
Alfredo, TASAYCO MATEO
Alumnos :
ATOCHE ESPEJO, Xiomara JAIMES SALDAÑA, Erick RONCEROS AGÜERO, Miguel SÁNCHEZ REAÑO, Paula TAIPE CADILLO, Luis Miguel
Grado
:
4to año de Secundaria
Fecha
:
11 de diciembre de 2013
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A Dios, A nuestros padres y a nuestros profesores Por ser grandes e incondicionales Guías de nuestra vida. El Grupo
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INTRODUCCIÓN Un grupo funcional en química orgánica es el átomo o grupo de átomos unidos de manera característica y que determinan, preferentemente, las propiedades del compuesto en el que están presentes. Los compuestos orgánicos que poseen un mismo grupo funcional y que difieren sólo en un número entero de grupos metileno, -CH2-, se clasifican como miembros de una misma serie homóloga y se pueden representar por una fórmula molecular general. La progresiva introducción de grupos metileno en los miembros de una serie homóloga produce una suave variación de de las propiedades propiedades determinadas determinadas por el grupo funcional. funcional. Lo cual en este trabajo veremos lo son los éteres y ésteres. Sus grupos funcionales, propiedades propiedades físicas como química, usos y aplicaciones en la vida cotidiana.
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CAPÍTULO I INTROITO A LA QUÍMICA ORGÁNICA La química orgánica es una rama de la química en la que se estudian los compuestos del carbono y sus reacciones. Existe una amplia gama de sustancias (medicamentos, vitaminas, plásticos, fibras sintéticas y naturales, hidratos de carbono, proteínas y grasas) formadas por moléculas orgánicas. Los químicos orgánicos determinan la estructura de las moléculas orgánicas, estudian sus reacciones y desarrollan procedimientos para sintetizar compuestos orgánicos. Esta rama de la química ha afectado profundamente la vida desde el siglo XX: ha perfeccionado los materiales naturales naturales y ha sintetizado sustancias naturales y artificiales que, a su vez, han mejorado la salud, han aumentado el bienestar y han favorecido la utilidad de casi todos los productos actuales. Materiales orgánicos son todos aquellos que poseen en su estructura química el elemento carbono, por lo tanto entran en su categoría todos los seres vivos, los hidrocarburos, y en especial el petróleo y sus derivados, etc. La aparición de la química orgánica se asocia a menudo al descubrimiento, en 1828, por el químico alemán Friedrich Wöhler, de que la sustancia inorgánica cianato de amonio podía convertirse en urea, una sustancia orgánica que se encuentra en la orina de muchos animales. Antes de este descubrimiento, los químicos creían que para sintetizar sustancias orgánicas era necesaria la intervención de lo que llamaban 'la fuerza vital' es decir, los organismos vivos. El experimento de Wöhler rompió la barrera entre sustancias orgánicas e inorgánicas. Los químicos modernos consideran compuestos orgánicos a aquellos que contienen carbono y otros elementos (que pueden ser uno o más), siendo los más comunes: hidrógeno, oxígeno, nitrógeno, azufre y los halógenos. En la actualidad, a la química orgánica se la llama también química del carbono.
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CAPÍTULO II ÉTERES 1.1. CONCEPTO: En química orgánica x y bioquímica, un éter es un grupo funcional del tipo t ipo R-O-R', en donde R y R' son grupos alquilo, estando el átomo de oxígeno unido y se emplean pasos intermedios: ROH + HOR' → ROR' + H2O Normalmente se emplea el alcóxido, RO-, del alcohol ROH, obtenido al hacer reaccionar al alcohol con una base fuerte. El alcóxido puede reaccionar con algún compuesto R'X, en donde X es un buen grupo saliente, como por ejemplo yoduro o bromuro. R'X también se puede obtener obtener a partir de un alcohol alcohol R'OH. RO- + R'X → ROR' + XXAl igual que los ésteres, no forman puentes de hidrógeno. Presentan una alta hidrofobicidad, y no tienden a ser hidrolizados. Los éteres suelen ser utilizados como disolventes orgánicos. Suelen ser bastante estables, no reaccionan fácilmente, y es difícil que se rompa el enlace carbono-oxígeno. Normalmente se emplea, para romperlo, un ácido fuerte como el ácido yodhídrico, calentando, obteniéndose dos halogenuros, o un alcohol y un halogenuro. Una excepción son los oxiranos (o epóxidos), en donde el éter forma parte de un ciclo de tres átomos, muy tensionado, por lo que reacciona fácilmente de distintas formas. El enlace entre el átomo de oxígeno y los dos carbonos se forma a partir de los correspondientes orbitales híbridos sp³. En el átomo de oxígeno quedan dos pares de electrones no enlazantes. Los dos pares de electrones no enlazantes del oxígeno pueden interaccionar con otros átomos, actuando de esta forma los éteres como ligandos, formando complejos. Un ejemplo importante es el de los éteres corona, que pueden interaccionar selectivamente con cationes de elementos alcalinos o, en menor medida, alcalinotérreos. 5
1.2. NOMENCLATURA: Según la Unión Internacional de Química Pura y Aplicada (IUPAC) los éteres se nombran de acuerdo a las siguientes reglas: a) Regla Nº1: Los éteres se pueden pued en nombrar como ― alcoxi derivados del ”
alcano (IUPAC sustitutiva). La cadena principal será la de mayor longitud y el alcóxido será el sustituyente. b) Regla Nº2: La nomenclatura funcional (IUPAC) nombra los éteres como derivados de dos grupos alquilo, ordenados alfabéticamente, terminando el nombre en la palabra éter. c) Regla Nº3: Los éteres cíclicos se forman sustituyendo un -CH2- por -Oen un ciclo. La numeración comienza en el oxígeno y se nombran con el prefijo oxa- seguido del nombre del ciclo. 1.3. SÍNTESIS DE ÉTERES: a) La síntesis de éteres de Williamson: Es la síntesis de éteres más fiable y versátil. Este método implica un ataque SN2 de un ion alcóxido a un haluro de alquilo primario no impedido o tosialato. Los haluros de alquilo secundarios y los tosialatos se utilizan ocasionalmente en la síntesis de Williamson, pero hay competencia en las reacciones de eliminación, por lo que los rendimientos con frecuencia son bajos. b) Síntesis de éteres mediante aloximercuriación-desmercuriación: En el proceso de aloximercuriación-desmercuriación aloximercuriación-desmercuriación se añade una molécula de un alcohol a un doble enlace de un alqueno. c) Síntesis industrial: Deshidratación bimolecular de alcoholes.
1.4. TIPOS DE ÉTERES: a) Alifáticos: Son los que tienen t ienen ambos restos alcohólicos iguales. b) Mixtos o asimétricos: Son los que tienen los dos restos de diferentes tamaños por ser de alcoholes distintos. c) Aromáticos: Cuando tienen radicales aromáticos como el benceno. 6
d) Éteres aromático-alifático: Cuando un radical es aromático y el otro alifático. 1.5. PROPIEDADES FÍSICAS: Estructuralmente los éteres pueden considerarse derivados del agua o alcoholes, en los que se han reemplazado uno o dos hidrógenos, respectivamente, por restos carbonados. La estructura angular de los éteres se explica bien asumiendo una hibridación sp3 en el oxígeno, que posee dos pares de electrones no compartidos, no puede establecer enlaces de hidrógeno consigo mismo y sus puntos de ebullición y fusión son muchos más bajos que los alcoholes referibles. Un caso muy especial lo constituyen los epóxidos, que son éteres cíclicos de tres miembros. El anillo contiene mucha tensión, aunque algo menos que en el ciclo propano. Debido a que que el ángulo del enlace C-o-C no es de 180º, los momentos dipolares de los dos enlaces C-O no se anulan; en consecuencia, consecuencia, los éteres presentan un pequeño momento dipolar neto (por ejemplo 1.18 D para el dietil éter). Sus puntos de ebullición son menores que los alcoholes que lo formaron pero son similares a los alcanos de pesos moleculares semejantes. A diferencia de los alcoholes no establecen uniones puente de hidrógeno y esto hace que sus puntos de ebullición sean significativamente menores. Son algo solubles en agua. Son incoloros y al igual que los ésteres tienen olores agradables. El más pequeño es gaseoso, los siguientes líquidos y los más pesados sólidos. sólidos. Son buenos buenos disolventes de de grasas y aceites y yodo. yodo. Al evaporarse el éter etílico produce un frío intenso. Son compuestos de gran estabilidad, muy usados como disolventes inertes por su baja reactividad. Los éteres corona complejan los cationes eliminándolos del medio, permitiendo la disolución de sales en disolventes orgánicos. Son menos densos que el agua (flotan sobre ella).
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1.6. PROPIEDADES QUÍMICAS: Los éteres tienen muy poca reactividad química, debido a la dificultad que presenta la ruptura del enlace C — O. 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. No tienen hidrógenos activos como en los casos de los alcoholes o ácidos. Por este motivo son inertes ante metales como el sodio o potasio o litio. Necesitan del calor para descomponerse y ahí si poder reaccionar con algunos metales.
Oxidación: Ante agentes oxidantes fuertes como el Dicromato de potasio, los éteres éteres se oxidan dando dando aldehídos. aldehídos.
Reacción con los haluros de hidrógeno: Los haluros de hidrógeno (cuyas reactividades están en el orden HI>HBr>HCl) son capaces de romper los enlaces del oxígeno del éter y formar dos moléculas independientes. Los éteres alifáticos alifáticos se rompen en en dos moléculas del del haluro de alquilo correspondiente, mientras que en los éteres alquilo arilo se forman el alquilhaluro correspondiente y fenol. Las reacciones que siguen con el HI sirven para ilustrar. R-O-R’ R-O-R’ + HI --------------------> R-I R-I + R’-I R’-I + H2O Ar-O-R + HI --------------> Ar-OH + R-I
Reacción con el oxígeno del aire: Cuando los éteres están en contacto con el aire, espontánea y lentamente se produce su oxidación que genera un peróxido derivado muy inestable.
La presencia de estos peróxidos es un elevado peligro potencial cuando el éter se somete a un proceso de destilación. En este caso, los peróxidos en el líquido no destilado aun, se van concentrando y pueden producir una violenta explosión. Una regla de seguridad básica para hacer destilados con éteres es asegurarse de que en él no hayan peróxidos, y en caso de haberlos, eliminarlos antes de la destilación. 8
1.7. USOS Y APLICACIONES: APLICACIONES: Los éteres y en particular el éter dietílico se emplean como disolventes porque son menos reactivos que muchos otros compuestos orgánicos y porque sus puntos de ebullición son bajos, lo que facilita su separación de los solutos. Se utiliza frecuentemente en el laboratorio para extraer materiales orgánicos de disoluciones acuosas. El éter dietílico, comúnmente conocido como éter, se usó como anestésico por más de 100 años. Éste, produce la inconsciencia mediante la depresión del sistema nervioso central, es decir inhibe la capacidad de las células nerviosas para enviar señales señales de dolor al cerebro. cerebro. Las principales desventajas del éter dietílico son sus efectos irritantes en el sistema respiratorio, la presentación de náusea y vómito posterior a la anestesia, así como su rápida volatilidad a temperatura ambiente y el peli-gro constante de combustión o explosión. Otros éteres que se han empleado como anestésicos son, el neotil, el enflurano y el vineteno, pero han sido sustituidos por el haloetano por provocar efectos secundarios. El éter metil-ter-butílico, (CH3)3C-O-CH3 reemplazó al tetraetilo de plomo como agente antidetonante en la gasolina, porque este es un metal tóxico que se acumula en los seres vivos, y que ya planteaba un peligro ambiental. Tanto el tetraetilo de plomo como el éter metil-ter-butílico aumentan efectivamente el índice de octano. Los éteres corona son catalizadores de transferencia de fase. Se usan para transferir compuestos iónicos a una fase orgánica o de una fase orgánica a una fase acuosa. Uno de los éteres corona más efectivos y de mayor uso como catalizador es el denominado éter 18-corona-6, para indicar que el anillo tiene 18 átomos, seis de los cuales son oxígeno. El doctor norteamericano M. D. Crawford Williamson Long fue el primer cirujano que lo empleó como anestésico general el 30 de marzo de 1842. El éter no se usa mientras haya otro anestésico disponible, por su inflamabilidad y porque es irritante para algunos pacientes. pacientes. El éter puede usarse para anestesiar garrapatas antes de eliminarlas de un cuerpo animal o humano. La anestesia relaja a la garrapata y evita que mantenga su boca debajo debajo de la piel.
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CAPÍTULO III ÉSTERES 2.1. CONCEPTO: En la química, los ésteres son compuestos orgánicos en los cuales un grupo orgánico (simbolizado por R' en este artículo) reemplaza a un átomo de hidrógeno (o más de uno) en un ácido oxigenado. Un oxácido es un ácido inorgánico cuyas moléculas poseen un grupo hidroxilo ( – ( – OH) OH) desde el cual el hidrógeno (H) puede disociarse como un ión hidrógeno, hidrón o comúnmente protón, (H+). Etimológicamente, la palabra "éster" proviene del alemán Essig-Äther (éter de vinagre), como se llamaba antiguamente al acetato de etilo. En los ésteres más comunes el ácido en cuestión es un ácido carboxílico. Por ejemplo, si el ácido es el ácido acético, el éster es denominado como acetato. Los ésteres también se pueden formar con ácidos inorgánicos, como el ácido carbónico (origina ésteres carbónicos), el ácido fosfórico (ésteres fosfóricos) o el ácido sulfúrico. Por ejemplo, el sulfato de dimetilo es un éster, a veces llamado "éster dimetílico del ácido sulfúrico". 2.2. NOMENCLATURA: Según la Unión Internacional de Química Pura y Aplicada (IUPAC) los ésteres se nombran de acuerdo a las siguientes reglas: a) Regla Nº1: Los ésteres proceden de condensar ácidos con alcoholes y se nombran como sales del ácido del que provienen. La nomenclatura IUPAC cambia la terminación t erminación -oico del ácido por -oato, terminando con el nombre del grupo alquilo unido al oxígeno. b) Regla Nº2: Los esteres son grupos prioritarios frente a aminas, alcoholes, cetonas, aldehídos, nitrilos, amidas y haluros de alcanoilo. Estos grupos se nombran como sustituyentes siendo el éster el grupo funcional. c) Regla Nº3: Ácidos carboxílicos y anhídridos tienen prioridad sobre los ésteres, que pasan a nombrarse como sustituyentes (alcoxicarbonil......). 10
d) Regla Nº4: Cuando el grupo éster va unido a un ciclo, se nombra el ciclo como cadena principal y se emplea la terminación t erminación -carboxilato de alquilo para nombrar el el éster. 2.3. SÍNTESIS DE LOS ÉSTERES: a) La esterificación de Fischer-Speier: Es un tipo especial de esterificación que consiste en la formación de un éster por reflujo de un ácido carboxílico y un alcohol, en presencia de un catalizador ácido. La reacción fue descrita por vez primera por Emil Fischer y Arthur Speier en 1895.1 La mayoría de ácidos carboxílicos son aptos para la reacción, pero el alcohol debe ser generalmente generalmente un alcohol primario o secundario. Los alcoholes terciarios son susceptibles a la eliminación, y los fenoles suelen ser muy poco reactivos para dar rendimientos útiles. Los catalizadores más comúnmente usados para una esterificación de Fischer incluyen al ácido sulfúrico, ácido tósico y un ácido de Lewis como el triflato de escandio (III). Para sustratos más valiosos o sensibles (por ejemplo, biomateriales), suele usarse DCC. La reacción suele llevarse a cabo sin un solvente, particularmente cuando hay un gran exceso de reactante, o en un solvente no polar. Los tiempos de reacción comunes varían de 1 a 10 horas a temperaturas de 60-110°C. b) Esterificación: Estos compuestos se pueden obtener a partir de ácidos orgánicos y de ácidos inorgánicos. Por ejemplo, un éster simple, el nitrato de etilo, se puede preparar a partir de etanol y ácido nítrico (un ácido inorgánico), y el etanoato de etilo haciendo reaccionar etanol y ácido etanoico (un ácido orgánico). a esterificación es una reacción de equilibrio, catalizada por un ácido mineral. La reacción inversa recibe el nombre de hidrólisis. Para obtener el éster con rendimiento elevado, el equilibrio se desplaza hacia la derecha usando exceso del reactivo más barato (generalmente (generalmente el alcohol) o eliminando el agua agua a medida que se va formando mediante la destilación azeotrópica
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2.4.TIPOS DE ÉSTERES: Existen 2 tipos de estrés según el proceso por el cual se obtienen: a) Naturales: Los ésteres constituyen la más importante i mportante clase de productos distribuidos ampliamente en la naturaleza. Los ésteres ligeros son líquidos con agradable olor a fruta y muchas de las fragancias distintivas de las frutas y las flores se debe a la mezcla de ésteres en su constitución. De esta forma el acetato isoamílico está presente en las bananas, el butirato amílico en los albaricoques y el acetato de etilo en las piñas, aunque el verdadero olor de estas frutas depende de una mezcla compleja de ésteres y otras sustancias. Los ésteres alifáticos de cadena recta larga constituyen las grasas, aceites y ceras que aparecen tanto en el reino animal como vegetal. Las ceras son ésteres de alcoholes de alto peso molecular mono-hídricos con cualquiera de los ácidos grasos pesados de cadena recta. De modo que la cera de abejas, la cera carnauba y otras, son mezclas naturales de dos o más ésteres. Las grasas y aceites naturales son ésteres de ácidos grasos de cadena larga con la glicerina. Las grasas derivadas de los ácidos grasos saturados (por ejemplo; la manteca) tienen un alto punto de fusión y por tanto son sólidos a temperatura ambiente. Aquellas derivados de los ácidos grasos mono o poli-insaturados (por ejemplo; el aceite de maní o maíz) tienen bajo punto de fusión y son líquidos a temperatura ambiente. Los aceites líquidos tal como el de algodón, se "endurecen" en la industria por hidrogenación de los dobles enlaces para producir grasas sólidas saturadas. El sustituto de la mantequilla, la oleo margarina no es más que aceite vegetal parcialmente hidrogenado a la que se le agrega el sabor y color naturales. Otros aceites no saturados (por ejemplo; el de linaza) se usan en la industria de las pinturas como agente de secado, debido a que su exposición al aire produce una auto oxidación y polimerización que genera un material como laca que produce gruesas capas de protección. Los aceites comestibles derivados de las grasas no saturadas se enrancian con el tiempo al exponerse al aire, la auto oxidación que se produce genera productos de degradación (aldehídos volátiles, cetonas, y ácidos) que causan la pérdida del olor y el sabor.
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b) Ésteres Inorgánicos: Los ésteres inorgánicos se pueden producir simplemente mezclando un alcohol con un ácido mineral, cierta cantidad de ácido sulfúrico muchas veces se agrega para que se combine con el agua formada. Ejemplos comerciales importantes de esta reacción se muestran en las ecuaciones siguientes, usando ácidos sulfúrico, nitroso y nítrico respectivamente. c) Ésteres Orgánicos: Los ésteres orgánicos se fabrican en esencia del mismo modo que los inorgánicos, un alcohol y un ácido orgánico. Otro criterio o forma de clasificarlos es según el tipo de ácido orgánico que se usó en su formación. Es decir, si se trata de un ácido alifático o aromático. Aromáticos son los derivados de los anillos bencénicos como se ha explicado anteriormente. Para los alifáticos hacemos alusión nuevamente al etanoato de propilo anteriormente expuesto. Al proceso de formación de un éster a partir de un ácido y un alcohol a lcohol se lo denomina esterificación. Pero al proceso inverso, o sea, a la hidrólisis del éster para regenerar nuevamente el ácido y el alcohol se lo nombra saponificación. Este término como veremos es también usado para explicar la obtención de jabones a partir de las grasas. 2.5. GRUPOS DE ÉSTERES: a) Ácidos carboxílicos etoxilados: Los ácidos carboxílicos etoxilados son multifuncionales, por lo que se pueden considerar como alcoholes, como éteres o como ésteres. Se obtienen por la reacción de un ácido carboxílico de cadena larga con óxido de etileno. Esta reacción puede tener lugar por dos mecanismos distintos. Por un lado, el compuesto se puede formar añadiendo al ácido unidades de óxido de etileno sucesivamente. El otro mecanismo sería hacer una esterificación con polioxietileno previamente formado. Esta segunda vía puede dar lugar a diesteres, cuando dos moléculas de ácido reaccionan con una de polióxido. Por regla general, los compuestos con más de 8 unidades de óxido de etileno son solubles en agua. Aquellos que tienen de 6 a 8 unidades no son solubles pero pueden dispersarse. En el caso de los diesteres, es necesario un mayor número de unidades de óxido de etileno 13
para que se hagan solubles. Los monoesteres de cadena corta polietoxilados se mezclan con otros tensioactivos que sean solubles en agua, como el jabón. El HLB de estas sustancias se mueve en un amplio rango de valores. b) Glicéridos etoxilados: Esta subfamilia comprende un grupo de sustancias muy diversas, derivadas de los acil-glicéridos. Podemos encontrar sustancias sólidas y líquidas. No son buenos espumantes. Algunos de estos compuestos mantienen ciertas características lipídicas. En general, podemos dividirlos en tres grandes grupos. En primer lugar, existen compuestos obtenidos por etoxilación de un monoglicérido. Los monoglicéridos poseen dos grupos OH que son capaces de reaccionar con el óxido de etileno y dar lugar a 2 cadenas de polioxietileno. Otro grupo son los glicéridos con cadenas que poseen grupos OH (por ejemplo, el ricinoleato de glicerilo). En este caso, la etoxilación puede ocurrir sobre cualquiera de los grupos hidroxi existentes en la molécula. El tercer grupo comprende a las sustancias que se obtienen tras la reacción de un triglicérido natural con óxido de etileno. Esta reacción suele dar mezclas complejas de productos. La solubilidad en agua y el HLB de los glicéridos etoxilados dependen del glicérido inicial y del nivel de etoxilación. c) Ésteres del glicol y derivados: Los ésteres de glicol usados como tensioactivos son los monoésteres de etilenglicol y de propilenglicol. Los diesteres resultan ser muy insolubles en agua, por lo que no presentan buenas propiedades. propiedades. Estas moléculas moléculas poseen al al menos un grupo hidroxilo libre, que puede reaccionar con polióxido de etileno. Una cadena etoxilada en el éster de glicol aumentará su solubilidad en agua. En general, son un grupo bastante hidrofóbico, con un HLB de aproximadamente 3. Estos ésteres son sólidos céreos. Los autoemulsificantes pueden obtenerse añadiendo al tensioactivo cierta cantidad de un surfactante hidrofílico. d) Monoglicéridos: Los monoglicéridos son una subfamilia de tensioactivos muy usados. Pueden ser sólidos céreos, sólidos duros o líquidos, todos 14
ellos insolubles en agua. Su eficacia como emulsificantes w/o y o/w se debe en parte a la capacidad que poseen de disminuir la tensión superficial entre el agua y distintos lípidos a altas temperaturas. Además, los monoglicéridos se caracterizan por situarse sobre la superficie de la fase dispersa de las emulsiones formando una película superficial viscoelástica o bien formando cristales líquidos. Se obtienen mediante la reacción de la glicerina con triglicéridos naturales, lo que se denomina transesterificación. También se pueden sintetizar a partir de metil alcanoatos tratados con glicerina. Por estas reacciones se obtiene una mezcla de alfa y beta monoglicéridos, así como de 1,2 y 1,3-diglicéridos. Por otro lado, durante el almacenamiento del producto final también se pueden dar reacciones de conversión de beta a alfa-monoglicérido, así como la formación de más diglicéridos. Estas transformaciones pueden afectar las propiedades del producto. Además, los grupos OH de la glicerina que no están esterificados se pueden hacer reaccionar con ácidos carboxílicos de bajo peso molecular (por ejemplo, ácido láctico o ácido cítrico). De este modo se obtienen tensioactivos con propiedades distintas a las de los monoglicéridos originales que son muy usados en emulsiones alimentarias. El contenido en diglicéridos suele ser del 50% o algo superior. Un alto contenido de monoglicéridos en la mezcla le proporciona mejores m ejores propiedades emulgentes. Por ejemplo, las mezclas con un 90% de monoglicéridos son potentes emulsificantes agua en aceite. Las mezclas auto-emulsificantes pueden contener jabón, ácidos carboxílicos etoxilados o cuaternarios para aumentar su eficacia como emulsificantes. e) Poligliceril ésteres: Los poligliceril ésteres son sustancias que se obtienen por esterificación de poliglicerol con ácidos carboxílicos de cadena saturada. El poliglicerol es el resultado de la polimerización en medio básico de la glicerina, mediante reacciones de deshidratación, dando lugar a enlaces éter entre las distintas unidades. Puesto que los tres t res grupos OH de la molécula pueden reaccionar, lo que se obtiene realmente es una mezcla compleja de moléculas lineales, ramificadas e incluso con entrecruzamientos. También se pueden formar ciclos, 15
dioxanos sustituidos y moléculas macrocíclicas. La situación de los enlaces éster en todos estos compuestos es desconocida. Estas mezclas son líquidos intensamente coloreados y pegajosos. Su solubilidad en agua depende del grado de sustitución y de la relación molar ácido carboxílico/poliglicerol carboxílico/poliglicerol existente. f) Ésteres y éteres de polialcoholes: Los éteres y ésteres de polialcoholes son líquidos viscosos, obtenidos por acilación de azúcares. Dicha acilación puede dar lugar a mono- di- y tri-ésteres, dependiendo de la proporción en que se encuentren los reactivos. Otro tipo de ésteres derivan de la mezcla 2:1 del alfa y beta-acetal de la metil glucosa. La solubilidad en agua se puede controlar etoxilando la molécula. g) Ésteres del sorbitan/sorbitol: Este es un grupo de tensioactivos muy usados en cosmética, farmacia y alimentación. Comprenden un amplio grupo de compuestos obtenidos de la acilación del sorbitan/sorbitol y a veces posterior etoxilación. La nomenclatura es incompleta, y en ocasiones los ésteres de sorbitan son denominados ésteres de sorbitol y viceversa. El sorbitol es el alcohol de la glucosa (cuando se reduce el grupo aldehído de ésta a alcohol), y es capaz de perder una molécula de agua, bajo calentamiento o por la acción de ácidos, dando lugar a éteres internos (1,4-sorbitan, 1,5-sorbitan y 2,5-sorbitan). El 1,4-sorbitan puede sufrir una segunda deshidratación dando el éter bicíclico, llamado isosorbato. Los tensioactivos más usados de este grupo suelen ser ésteres de 1,4-sorbitan en los que el grupo OH terminal es el que se esterifica. Se producen reaccionando sorbitan previamente formado con ácidos carboxílicos de cadena larga o derivados. También se forman por transesterificación durante la reacción del sorbitol con un ácido graso y un triglicérido a 270ºC. Debido a la complejidad de las reacciones de obtención, los ésteres de sorbitol/sorbitan suelen ser mezclas de distintos compuestos. Los grupos OH que quedan libres tras la esterificación pueden reaccionar con óxido de etileno, obteniéndose obteniéndose cadenas de polioxietileno. En algunos casos, por transesterificación, los grupos acilo unidos a la molécula de sorbitan pueden migrar y unirse al final de las 16
cadenas de polioxietileno. Normalmente, no se etoxila sólo un grupo OH. Las moléculas suelen presentar varias cadenas relativamente cortas de polietilenglicol en lugar de una sola más larga, lo que les da una forma f orma más compacta. Este grupo tiene un comportamiento emulsificante algo distinto al del resto de tensioactivos no iónicos, debido a la distribución de las cadenas hidrofílicas. No forman apenas espumas, aunque poseen la capacidad de disminuir la tensión interfacial. Algunos de estos compuestos son muy solubles en agua mientras que otros son tan insolubles que no se pueden dispersar en ella. Son sólidos céreos o líquidos de color beige o tostado. h) Triésteres del ácido fosfórico: Los únicos derivados del ácido fosfórico que presentan propiedades tensioactivas son los triésteres. Se obtienen preferentemente preferentemente de la reacción de un alcohol polietoxilado con POCl3. Son líquidos solubles en agua y en sustancias apolares. Tienen carácter ligeramente hidrofóbico. 2.6. USOS Y APLICACIONES: Los miembros inferiores de los ésteres de los ácidos carboxílicos son líquidos incoloros con aroma de fruta; los superiores son inodoros. Tienen reacción neutra, su densidad es menor que la del agua y son poco solubles en ella. A diferencia de los ácidos carboxílicos, los ésteres no están asociados (no existen puentes de hidrógeno), por lo que hierven a temperaturas más bajas que los ácidos correspondientes. a) 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, pino, el valerianato isoamilo, con aroma aroma a manzana y el acetato de isoamilo, con aroma a plátano. El olor de los productos naturales naturales se debe a más de una una sustancia química. química. b) Grasas y aceites: Ésteres procedentes del glicerol y de un ácido carboxílico de peso molecular medio o elevado. Las grasas, que son esteres sólidos, y los aceites, que son líquidos, se denominan 17
frecuentemente glicéridos. Un ejemplo típico de cera natural es la producida por por las abejas, que la utilizan para construir construir el panal. c) Ceras: Ésteres resultantes de la combinación entre un alcohol y un ácido carboxílico, ambos de peso molecular elevado. d) Disolventes de Resinas: Los ésteres, en particular los acetatos de etilo y butilo, se utilizan como disolventes de nitrocelulosa y resinas en la industria de las lacas, l acas, así como materia prima para las condensaciones de ésteres. e) Aromatizantes: Algunos ésteres se utilizan como aromas y esencias artificiales. por ejemplo ejemplo el formiato de etilo (ron, aguardiente aguardiente de arroz), acetato de isobutilo (plátano), butirato de metilo (manzana), butirato de etilo (piña), y butirato de isopentilo (pera). f) 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. Las lactonas saturadas e insaturadas se originan en la gama y delta hidroxilación de los ácidos grasos respectivos. La cumarina también es un éster cíclico (es decir, una lactona) que se aísla del haba tonka y otras plantas. W. H. Perkin sintetizó por primera vez la cumarina en el laboratorio y comercializó el compuesto como el primer perfume sintético, llamándolo Jockey Club y Aroma de heno recién segado. g) Antisépticos: En la medicina encontramos algunos ésteres como el ácido acetilsalicílico (aspirina) utilizado para disminuir el dolor. La novocaína, otro éster, es un anestésico local. El compuesto acetilado del ácido salicilico es un antipirético y antineurálgico muy valioso, la aspirina (ácido acetilsalicílico) Que también ha adquirido importancia como antiinflamatorio no esteroide.
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h) Elaboración de fibras semisintéticas: Todas las fibras obtenidas de la celulosa, que se trabajan en la industria textil sin cortar, se denominan hoy rayón (antiguamente seda artificial). Su preparación se consigue disolviendo las sustancias celulósicas (o en su caso, los ésteres de celulosa) en disolventes adecuados adecuados y volviéndolas a precipitar por paso a través de finas hileras en baños en cascada (proceso de hilado húmedo) o por evaporación del correspondiente disolvente (proceso de hilado en seco). i) Rayón al acetato (seda al acetato): En las fibras al acetato se encuentran los ésteres acéticos de la celulosa. Por acción de anhídrido acético y pequeña cantidad de ácido sulfúrico sobre celulosa se produce la acetilación a triacetato de celulosa. Por medio de plastificantes (en general, ésteres del ácido ftálico) se puede transformar la acetilcelulosa en productos difícilmente combustibles (celon, ecaril), que se utilizan en lugar de celuloide, muy fácilmente inflamable. j) Síntesis para fabricación de colorantes: El éster acetoacético es un importante producto de partida en algunas síntesis, como la fabricación industrial de colorantes de pirazolona. k) Industria alimenticia y producción de cosméticos: Los monoésteres del glicerol, como el monolaurato de glicerol. Son surfactantes no jónicos usados en fármacos, alimentos y producción de cosméticos. l) Obtención de de jabones: Se realizan realizan con una hidrólisis de esteres esteres llamado saponificación, a partir de aceites vegetales o grasas animales los cuales son esteres con cadenas saturadas e insaturadas.
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CONCLUSIONES Finalizamos el siguiente trabajo de investigación acerca de los compuestos orgánicos como son los ésteres y éteres, definiéndolos como grupos funcionales de la química orgánica derivados derivados de los alcanos, alquenos alquenos y alquilos, que se forman con las combinaciones combinaciones de alcoholes y ácidos inorgánicos. También resaltamos la dedicación de los integrantes del grupo en la indagación y reconocimiento de estas sustancias en los diferentes espacios que nos rodean y en las cosas que utilizamos de manera cotidiana. Asimismo queremos dar tributo a las grandes mentes de nuestra sociedad que se encargaron de estudiar estos compuestos y de convertirlos en herramientas para el desarrollo constante e inquietante de la humanidad.
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ANEXOS
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1.-Grupos Funcionales Orgánicos:
Grupo funcional
Serie
Fórmula
Estructura
Prefijo
Sufijo
Ejemplo
homóloga
Grupo hidroxilo
Alcohol
R-OH
hidroxi-
-ol
Grupo
Éter
R-O-R'
-oxi-
R-il R'-il
Grupo acilo
Éter etílico
éter
alcoxi (o ariloxi ariloxi))
Grupo carboxilo
Etanol
Ácido carboxílico
Éster
R-COOH
carboxi-
iloxicarbonil-
R-COOR'
Ácido ico Ácido acético
R-ato
de R'-ilo
2.- Nomenclatura de esteres (ejemplos): Regla Nº1:
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Acetato etilo
de
Regla Nº2:
Regla Nº3:
3.-Síntesis de éteres: a) Williamson:
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b) Aloximercuriación-desmercuriación:
c) Deshidratación de alcoholes:
4.-Tipos de éteres: Metoxietano Etilmetiléter
Etoxieteno Eteniletiléter Etilviniléter
Metoxibenceno Fenilmetiléter
1-isopropoxi2metilpropano Isobutil isopropiléter
Bencilfeniléter
4-metoxi-2penteno
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5.-Usos de los éteres:
Analgésicos
Líquidos Inflamables
6.-Formacion de ésteres:
7.-Nomenclatura de ésteres: Regla Nº1:
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Regla Nº 2:
Regla Nº 3:
Regla Nº 4:
8.-Síntesis de ésteres: Esterificación:
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Esterificación de Fischer-Speier:
9.-Tipos de ésteres: Inorgánicos:
27
Orgánicos:
10.- Usos de los ésteres:
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Disolventes
Jabones
Analgésicos
Sintetización de la cumerina
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ÍNDICE
DEDICATORIA………………………………………………………………………....1 .1 INTRODUCCIÓN………………………………………………………………………2 CAPÍTULO I: INTROITO A LA QUÍMICA ORGÁNICA…………………………… ORGÁNICA…………………………….3 .3 CAPÍTULO II: ÉTERES 1.1.CONCEPTO…………………………………………………………………… 1.1.CONCEPTO……………………………………………………………………..5 ..5 1.2.NOMENCLATURA...………………………………………………………… 1.2.NOMENCLATURA...…………………………………………………………...5 ...5 1.3.TIPOS 1.3.TIPOS DE ÉTERES…………………………………………………………. ÉTERES………………………………………………………….….5 1.4.PROPIEDADES 1.4.PROPIEDADES FÍSICAS………………………………………………. FÍSICAS……………………………………………….…… ……...6 ...6 1.5.PROPIEDADES 1.5.PROPIEDADES QUÍMICAS……………………………………………. QUÍMICAS…………………………………………….……..7 1.6.USOS Y APLICACIONES……………………………………………… APLICACIONES………………………………………………..……..8 CAPÍTULO III: ÉSTERES 2.1.CONCEPTO…………………………………………………………………......9 2.1.CONCEPTO…………………………………………………………………......9 2.2. NOMENCLATURA……………………………………………………… NOMENCLATURA………………………………………………………..…....9 2.3.SÍNTESIS 2.3.SÍNTESIS DE ÉSTERES………………………………………………………10 2.4.TIPOS 2.4.TIPOS DE ÉSTERES…………………………………………………………..1 ÉSTERES…………………………………………………………..111 2.5.GRUPOS DE ÉSTERES……………………………………………………….12 2.6.USOS 2.6.USOS Y APLICACIONES………………………………………………… APLICACIONES…………………………………………………….16 ….16 CONCLUSIONES……………………………………………………………………...19 .19 ANEXOS……………………………………………………………………………….20 ANEXOS……………………………………………………………………………… .20 ÍNDICE…………………………………………………………………………………29 ÍNDICE………………………………………………………………………………… 29
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