Compuestos oxigenados en química orgánica, Universidad Nacional Río Negro

Universidad Nacional Río Negro

Química Orgánica - 2024

u. Universidad Nacional Río Negro Sede Atlántica Química Orgánica- 2024 Licenciatura en Nutrición

Unidad III: Compuestos Oxigenados

Unidad III: Compuestos Oxigenados Capítulo XII y XIII (Fernández Cirelli, "Aprendiendo Química Orgánica") Capítulo XVII al XXIII (Morrison y Boyd, "Química Orgánica")

Compuestos Oxigenados

Compuestos Oxigenados

Alcoholes

Alcoholes R-OH Enlace simple C-0 Grupo hidroxilo -OH

Éteres

Éteres R-O-R'

Aldehídos

Aldehidos R C=0 H

Cetonas

R Cetonas C=0 R Enlace doble C=0

Ácidos Carboxílicos

Ácidos carboxílicos R - C=0 Grupo carboxilo C=0 HO HO R

Ésteres

Ésteres C=0 - R'O

Grupo Carbonilo

Compuestos orgánicos oxigenados Grupo carbonilo C=0

Alcoholes

Alcoholes hibridación sp 3 todos enlaces simples C-C grupo funcional hidroxilo-> C-OH terminación "ol"

Ejemplos de Alcoholes

ETHANOL 90% P.A. CH3-CH2-OH Methanol Methylalkohol CH3-OH R: 11-23/24/25- 39/23/24/25 S: 7-16-36/37-45 22 Giftklasse: 3

Nomenclatura de Alcoholes

Ejemplos para nombrar H I H - C -OH Metanol エ H .C C 1 H H H Etanol Methanol Methylalkohol CH3-OH R: 11-23/24/25- 39/23/24/25 S: 7-16-36/37-45 Giftklasse: 3 224 H3C *OH CH3 2-metilbutanol H

Características de los Alcoholes

Los alcoholes son compuestos que poseen un grupo hidroxilo, -OH, unido a una cadena carbonada. En el laboratorio los alcoholes son quizá el grupo de compuestos mas empleado como reactivos en síntesis. Se caracterizan por la gran variedad de reacciones en las que intervienen, estos son subproductos normales de la digestión y de los procesos químicos en el interior de las células, y se encuentran en los tejidos y fluidos de animales y plantas.

Clasificación de Alcoholes

Según el tipo de carbono al cual esta unido el grupo hidroxilo en la cadena, los alcoholes se clasifican en primarios, secundarios y terciarios.

Alcoholes Primarios

CH3-CH2-OH CH3-CH2-CH2-OH CH3-CH-CH2-OH CH3 ALCOHOLES PRIMARIOS ethanol propan-1-ol 2-methylpropan-1-ol

Alcoholes Secundarios

OH CH3-CH-CH3 OH CH3-CH-CH2-CH3 OH CH3-CH2-CH-CH2-CH3 ALCOHOLES SECUNDARIOS propan-2-ol butan-2-ol pentan-3-ol

Alcoholes Terciarios

ALCOHOLES TERCIARIOS OH - CH3-C-CH3 - CH3 OH 1 CH3-CH2-C-CH3 CH3 2-methylpropan-2-ol 2-methylbutan-2-ol

Propiedades Físicas de Alcoholes

Propiedades físicas Punto de ebullición, de fusión y solubilidad: El OH le confiere polaridad y la posibilidad de formar puentes de hidrógeno entre ellos mismos dando "moléculas asociadas" por lo que poseen puntos de ebullición y fusión superiores a los alcanos respectivos y mayor solubilidad en agua. Entre las moléculas de alcohol hay enlaces por puentes de hidrógeno. En los alcanos las únicas fuerzas intermoleculares son las fuerzas de dispersión de London

Unión Puente de Hidrógeno

Recordando !!! Unión puente de Hidrógeno (caso particular dipolo-dipolo): Son aquellos tipos de fuerzas que se dan entre el hidrógeno y un átomo pequeño y muy electronegativo. Este requisito lo cumplen el nitrógeno, oxígeno y el fluor. H N- -H O ....-- H H O HH H HH HH H H-F .------ H H H O N N ...... H-F HH HH HH H H O ----- H N H N Ejemplos: El agua (H2O), el fluoruro de hidrógeno (HF) y el amoníaco (NH3).

Solubilidad de Alcoholes

La parte carbonada es no-polar y resulta hidrófoba. Cuanto mayor es la longitud del alcohol su solubilidad en agua disminuye y aumenta en disolventes poco polares. Muy soluble en agua Poco soluble en hexano Partes hidrófobas . . Partes hidrófilas Muy poco soluble en agua Muy soluble en hexano

Acidez de Alcoholes

Acidez: Los alcoholes son especies anfoteras (anfiproticas), pueden actuar como ácidos o bases. En disolución acuosa se establece un equilibrio entre el alcohol, el agua y sus bases conjugadas. ROH + HO K a = RO ion alcóxido + H3 [H3O IRC ] Ka = [ROH] pKa = - logKa CH OH pKa = 15.5 CH3CH2OH pKa = 15.9 (CH3)2CHOH pKa = 17.1 (CH3)3COH pKa = 18 menos ácido CH3CH2OH pKa = 15.9 CICH2CH2OH pKa = 14,3 FACCH OH pKa = 12,4 más ácido

Estabilidad del Ion Alcóxido

La acidez de un alcohol se puede establecer cualitativamente observando la estabilidad del ion alcóxido correspondiente. CH OH > pri mario : secundario > terciario Acidez creciente Más ácido Menos ácido CHO > 1º-0° > 2-0° > 3º-0° Inestabilidad creciente Más Menos estable estable

Alcoholes en la Naturaleza

CH2OH geraniol Forman parte del aceite de geranio y aceite de rosas, usado en perfumería. HO colesterol Constituyente de membranas biológicas y base estructural de hormonas. R CH2OH HO R alcohol coniferílico (R=OCH3, R' = H) alcohol sinapílico (R=R'=OCH3) alcohol cornarílico (R=R'=H) Forman parte de la lignina, componente de las paredes de células vegetales

Éteres

Éteres hibridación sp3 todos enlaces simples C-C grupo funcional → C-O-C Son compuestos que resultan de la unión de dos radicales alquílicos o aromáticos a través de un puente de oxígeno

Nomenclatura de Éteres

1- Palabra "éter" seguida de los dos grupos unidos al oxígeno (orden alfabético). El primero con terminación "il" y el segundo con terminación "oico" 2- Nombrar los dos grupos alquilo en orden alfabético seguido por la palabra "éter"

Ejemplos de Éteres

Ejemplos para nombrar CH3 3 / 0-CH2 CH3 3 Éter etil etanoico CH3CH2OCH2CH3 Etil metil éter 1 -- - M

Propiedades Físicas de Éteres

Propiedades físicas Los éteres tienen propiedades muy diferentes a las de los alcoholes; debido a que NO POSEEN átomos de hidrógeno unidos al oxígeno, no forman puentes de hidrógeno y sus propiedades físicas se parecen más a las de los alcanos. Los de bajo peso molecular tienen bajos puntos de fusión y ebullición.

Aldehídos y Cetonas

Aldehídos y Cetonas O=( C R R El grupo carbonilo consiste de un átomo de oxígeno enlazado a un carbono mediante un doble enlace. El doble enlace está formado por el solapamiento de órbitales sp2. El C=O y los otros dos átomos enlazados al carbono son co-planares.

Características de Aldehídos

Aldehídos: grupo funcional carbonilo-> C=O siempre en un carbono primario terminación "al"

Características de Cetonas

Cetonas: grupo funcional carbonilo-> C=O siempre en un carbono secundario terminación "ona"

Ejemplos de Nomenclatura

Ejemplos para nombrar C C H3C CH3 3 Butanal Propanona E alamy a a a a a alamy a CHỊCOCH Propanone (acetone) a ! alamy a a a H

Momento Dipolar del Grupo Carbonilo

El doble enlace del grupo carbonilo tiene mayor momento dipolar debido a que el oxígeno es más electronegativo que el carbono y los electrones enlazantes no están igualmente compartidos. - R R . 1 c=0. < - +C-0: .. R R mayoritario minoritario

Propiedades Físicas de Aldehídos y Cetonas

Propiedades físicas Los aldehídos y cetonas poseen un elevado momento dipolar que 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. CH,CH,CH,CH3 CH3-0-CH,CH3 butano pe =0℃ metoxietano pe = 8°℃ 0 II CHỊCH,-C-H propanal pe =49°℃ CH2-C-CH2 0 acetona pe =56℃ CH,CH,CH,-OH 1-propanol pe =97ºCEl grupo carbonilo rige la química de los aldehídos y cetonas de dos maneras: a) Proporciona un sitio para la adición nucleofílica. b) Aumenta la acidez de los H unidos al C a. La reacción común de aldehídos y cetonas es la adición nucleofílica. : Z Z Z R' + R - R I C HO R'-C R OH Reactivo trigonal) Reactivo de transición 'tetraédrico) Producto Z 8- C=0 C R R

Adición Nucleofílica

Adición nucleofílica Un nucleófilo es una especie que reacciona cediendo un par de electrones libres a otra especie (el electrófilo), combinandose y enlazándose covalentemente con ella. Puede ser un anión o una molécula neutra con un par de electrones libres. Ej: I - ; Br- ; Cl- ; OH- : Z Z Z R' 1 HO 2 R'-C - R R- R OH Reactivo (trigonal) Reactivo de transición 'tetraédrico) Producto Z R' 8+ 0=0 R 8- C C - R-Los aldehídos sufren adición nucleofílica con mayor facilidad que las cetonas. Esto se debe a dos factores: · Electrónico: el grupo alquilo libera e-, por lo que debilita el estado de transición. Cuando más grupos alquilos están unidos más estable es la carga parcial positiva del carbono del grupo carbonilo y por ende más estable es el compuesto. 8. 8. :0: :0: S. + 8. H R R' 1 - · Estéricos: donde el aldehído tiene un H, la cetona tiene un grupo alquilo que es mas grande.

Importancia en la Naturaleza

Importancia en la naturaleza Las cetonas se usan para sintetizar la vitamina A. Formaldehido: en solución acuosa se usa para embalsamar o preservar (formalina). Se usa en materiales aislantes en la construcción Acetona- solvente industrial más utilizado. Monosacárido y disacáridos: Aldosas (glucosa) y cetosas (fructosa)

Reacciones Importantes

Oxidación de Aldehídos

Reacciones importantes Oxidación de aldehídos Con Reactivo de Tollens: el reactivo oxida al aldehído y se reduce a sí mismo formando un espejo de plata. se reduce CH,-CHO + Ag(NH.) + + 2 OH - CH .- COOH + Ag(s) + 2 NH, + H,O 3 2' 3 2 etanal ácido etanoico (o su sal CH- COO Na+) 3 se oxida

Oxidación con Licor de Fehling

Con Licor de Fehling: desaparece el color intenso azul del licor y precipita óxido cuproso rojo. Esta reacción se utiliza para calcular el porcentaje de azúcar en solución. se reduce CH,-CHO + 2 Cu +2 - + 4 0H 3 CH .- COOH + |Cu O .. + 2 H.O 13 2 ácido etanoico : óxido cuproso (rojizo) etanal se oxida

Ácidos Carboxílicos

Ácidos Carboxílicos todos los enlaces simples C-C grupo funcional carboxilo-> HO-C=O siempre en el carbono 1 se antepone la palabra ácido y terminación "oico" = C R OHSon compuestos muy abundantes en la naturaleza, por ello, un gran numero de ellos presentan nombres comunes relacionados con su origen. Los de bajo PM son líquidos incoloros y de olor penetrante y desagradable.

Nombres Comunes y IUPAC

Atomos de carbono	Fórmula	Origen	Nombre común	Nombre IUPAC
1	HCOOH	hormigas (latín, formica)	ácido fórmico	ácido metanoico
2	CH3COOH	vinagre (latín, acetum)	ácido acético	ácido etanoico
3	CH3CH2COOH	leche (griego, protos pion, grasa principal)	ácido propiónico	ácido propanoico
4	CH3(CH2)2COOH	mantequilla (latín, butyrum)	ácido butírico	ácido butanoico
5	CH3(CH2)3COOH	raíz de valeriana (latín, valere, ser fuerte)	ácido valeriánico	ácido pentanoico
6	CH3(CH2)4COOH	cabras (latín, caper)	ácido caproico	ácido hexanoico
7	CH3(CH2)5COOH	enredadera en flor (griego, oenanthe)	ácido enántico	ácido heptanoico
8	CH3(CH2)6COOH	cabras (latín, caper)	ácido caprílico	ácido octanoico
9	CH3(CH2)7COOH	pelargonio (una hierba que presenta cápsulas, en forma de cigüeña, que contienen las semillas; del griego, pelargos, cigüeña)	ácido pelargónico	ácido nonanoico
10	CH3(CH2)8COOH	cabras (latín, caper)	ácido cáprico	ácido decanoico

Grupo Funcional Carboxilo

El grupo funcional de un ácido carboxílico es el grupo carboxilo O . -C -COOH -CO2 H 1 H-Ö: La formula general de un ácido carboxílico alifático es RCO2H

Propiedades Físicas de Ácidos Carboxílicos

Propiedades físicas En los estados sólidos y líquidos, los ácidos carboxílicos se unen mediante enlaces de hidrógeno entre dos estructuras dímeras. 8- 8+ 8+ 8-Los ácidos carboxílicos son compuestos polares y forman enlaces intermoleculares muy fuertes por puentes de hidrógeno. -Tienen más altos puntos de ebullición que otros compuestos orgánicos de similar peso molecular. -Son más solubles en agua que los alcoholes, éteres, aldehídos o cetonas con similar peso molecular.