El grupo carbonilo,
característico del aldehído y cetonas, confiere a estos compuestos de
reactividad especial. Como el átomo de oxígeno es mucho más electronegativo,
atrae más a los electrones que el átomo de carbono.
El carbono del grupo carbonilo
presenta hibridación sp2 por lo que los 3 átomos que están unidos directamente
a él se encuentran en un mismo plano de aproximadamente120°.
Los aldehídos y cetonas se
caracterizan por presentar reacciones comunes que se deben a la estructura del
carbonilo. Sin embargo, la distinta ubicación del grupo carbonilo en la cadena
hidrocarbonada (en el extremo para los aldehídos) supone ciertas diferencias
entre las dos funciones.
Los aldehídos y cetonas en el
infrarrojo presentan una banda de absorción entre 1.670 y 1.730 cm-1, debido a
la vibración de tensión del enlace carbono - oxigeno. En el ultravioleta hay
también una absorción débil entre los 2600 y 3000 A. En la espectroscopia RMN
se puede distinguir la función aldehído de la función cetona por su diferente
desplazamiento químico en el espectro.
Tanto aldehído como la cetona
presentan una reacción característica con la 2,4-dinitrofenilhidracina para dar
las correspondientes hidrazonas que constituyen un precipitado rojo- naranja,
lo cual permite evidenciar su presencia.
En los aldehídos, el grupo
carbonilo se une a un átomo de hidrógeno y a un radical Alquilo, con excepción
del formaldehído o metanal.
En las cetonas, el carbonilo esta
unido a dos radicales que pueden ser iguales, diferentes, alquílicos. La fórmula
abreviada de una cetona es RCOR.
Como ambas estructuras contienen el grupo carbonilo, la química de los aldehídos y cetonas también es parecida. Los aldehídos y las cetonas son muy reactivos, pero los primeros suelen ser los más reactivos.
El grupo carbonilo se encuentra
unido a dos radicales hidrocarbonados: si éstos son iguales, las cetonas se
llaman simétricas, mientras que si son distintos se llaman asimétricas.
Según el tipo de radical
hidrocarbonado unido al grupo funcional, Los aldehídos pueden ser: alifáticos,
R-CHO, y aromáticos, Ar-CHO; mientras que las cetonas se clasifican en:
alifáticas, R-CO-R', aromáticas, Ar-CO-Ar, y mixtas; R-CO-Ar, según que los dos
radicales unidos al grupo carbonilo sean alifáticos, aromáticos o uno de cada
clase, respectivamente.
Nomenclatura
Como ambas estructuras contienen
el grupo carbonilo, la química de los aldehídos y cetonas también es parecida.
Los aldehídos y las cetonas son muy reactivos, pero los primeros suelen ser los
más reactivos.
El grupo carbonilo se encuentra
unido a dos radicales hidrocarbonados: si éstos son iguales, las cetonas se
llaman simétricas, mientras que si son distintos se llaman asimétricas.
Según el tipo de radical
hidrocarbonado unido al grupo funcional, Los aldehídos pueden ser: alifáticos,
R-CHO, y aromáticos, Ar-CHO; mientras que las cetonas se clasifican en:
alifáticas, R-CO-R', aromáticas, Ar-CO-Ar, y mixtas; R-CO-Ar, según que los dos
radicales unidos al grupo carbonilo sean alifáticos, aromáticos o uno de cada
clase, respectivamente.
Los aldehídos y cetonas son
producidos por la oxidación de alcoholes primarios y secundarios,
respectivamente. Por lo general, los aldehídos son más reactivos que las
cetonas y son buenos agentes reductores. Un aldehído puede oxidarse al
correspondiente ácido carboxílico; en cambio, las cetonas son resistentes a una
oxidación posterior.
Muchos aldehídos y cetonas tienen
aplicaciones importantes. Los compuestos industriales más importantes son el
formaldehído, acetaldehído, llamado formalina, se usa comúnmente preservar
especímenes biológicos. El benzaldehído, el cinamaldehído, la vainilla, son
algunos de los muchos aldehídos y cetonas que tienen olores fragantes.
Ácidos Carboxílicos
Los ácidos carboxílicos son compuestos caracterizados por la presencia del grupo carboxilo (-COOH) unido a un grupo alquilo o arilo. Cuando la cadena carbonada presenta un solo grupo carboxilo, los ácidos se llaman monos carboxílicos o ácidos grasos, se les denomina así ya que se obtienen por hidrólisis de las grasas.
El primer miembro de la serie
alifática de los ácidos carboxílicos es el ácido metanoico o ácido fórmico,
este ácido se encuentra en la naturaleza segregado por las hormigas al morder.
El primer miembro del grupo
aromático es el fenilmetanóico o ácido benzoico. Cuando la cadena carbonada
presenta dos grupos carboxilo, los ácidos se llaman dicarboxílicos, siendo el
primer miembro de la serie alifática el 1, 2 etanoico o ácido oxálico.
Los ácidos carboxílicos se
nombran con la ayuda de la terminación –oico que se une al nombre del
hidrocarburo de referencia y anteponiendo la palabra ácido:
Por ejemplo, CH3-CH2-CH3 propano
CH3-CH2-COOH Ácido propanoico (propan + oico).
En el sistema IUPAC los nombres
de los ácidos carboxílicos se forman reemplazando la terminación “o” de los
alcanos por “oico”, y anteponiendo la palabra ácido.
El esqueleto de los ácidos
alcanoicos se enumera asignando el numero 1 al carbono carboxílico y
continuando por la cadena más larga que incluya el grupo COOH.
En el grupo funcional carboxilo
coinciden sobre el mismo carbono un grupo hidroxilo (-OH) y carbonilo (-C=O).
Se puede representar como -COOH ó -CO2H.
Propiedades Fisicas
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 mono carboxílicos 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 mono
carboxílicos, la relación carbono-carbono es de 6:1 lo que provoca que la
solubilidad se vea disminuida con respecto a los ácidos mono carboxílicos
alifáticos.
Los ácidos carboxílicos son solubles en solventes menos polares, tales como éter, alcohol, benceno, etc. Los ácidos carboxílicos hierven a temperaturas aún más altas que los alcoholes. Estos puntos de ebullición tan elevados se deben a que un par de moléculas del ácido carboxílico se mantienen unidas no por un puente de hidrógeno sino por dos. Los olores de los ácidos alifáticos inferiores progresan desde los fuertes e irritantes del fórmico y del acético hasta los abiertamente desagradables del butírico, valeriánico y caproico; los ácidos superiores tienen muy poco olor debido a sus bajas volatilidades.
Punto de ebullición: Los ácidos carboxílicos presentan puntos de ebullición elevados debido a la presencia de doble puente de hidrógeno.
El caso de los ésteres consiste
en dos cadenas separadas por un oxígeno. Cada una de estas cadenas debe de
nombrarse por separado y el nombre de los ésteres siempre consiste en dos
palabras separadas del tipo alcanoato de alquilo. La parte alquílica del nombre
se da a la cadena que no contiene el grupo carbonilo. La parte del alcanoato se
da a la cadena que tiene el grupo carbonilo. Este procedimiento se utiliza sin
importar el tamaño de la cadena. La posición del grupo carbonilo es la que
determina cual es la cadena del alcanoato.
Debido a que el grupo carbonilo
en los ésteres debe de estar al final de la cadena del alcanoato no se utiliza
número localizador.
La cadena que se encuentra del lado
del oxígeno puede estar unida por cualquiera de sus átomos de carbono por lo
que en este caso si no está unida por el carbono terminal se debe de usar el
número localizador.
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".
Los ésteres se forman por reacción entre un ácido y un alcohol. La reacción se produce con pérdida de agua. Se ha determinado que el agua se forma a partir del OH del ácido y el H del alcohol. Este proceso se llama esterificación. Pueden provenir de ácidos alifáticos o aromáticos.
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, 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:
alcano= raíz de la cadena
carbonada principal (si es un alcano), que se nombra a partir del número de
átomos de carbono. Por ejemplo, Propan- significa cadena de 3 átomos de carbono
unidos por enlaces sencillos.
oato = sufijo que indica que es
derivado de un ácido carboxílico.
Ejemplo: propanoato: CH3-CH2-CO-
significa "derivado del ácido propanoico". de alquilo: Indica el
alcohol de procedencia. Ejemplo:-O-CH2-CH3 es "de etilo"
En conjunto CH3-CH2-CO-O-CH2-CH3
se nombra propanoato de etilo.
Se nombran como alcanoato de
alquilo (metanoato de metilo).
Propiedades físicas
Los ésteres dan sabor y olor a
muchas frutas y son los constituyentes mayoritarios de las ceras animales y
vegetales.
Los ésteres pueden participar en
los enlaces de hidrógeno como aceptadores, pero no pueden participar como
dadores 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 hidrofóbicos que los
alcoholes o ácidos de los que derivan. Esta falta de capacidad de actuar como
dador 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. Por ejemplo:
- · Acetato de 2 Etil Hexilo: olor a dulzón suave
- · butanoato de metilo: olor a Piña
- · octanoato de heptilo: olor a frambuesa
- · etanoato de isopentilo: olor a plátano
- · pentanoato de pentilo: olor a manzana
- · butanoato de pentilo: olor a pera o a albaricoque
- · etanoato de octilo: olor a naranja.
Los ésteres también participan en
la hidrólisis esteárica: la ruptura de un éster por agua. Los ésteres también
pueden ser descompuestos por ácidos o bases fuertes. Como resultado, se
descomponen en un alcohol y un ácido carboxílico, o una sal de un ácido
carboxílico.
Hidrólisis ácida:
Por calentamiento con agua se
descompone en el alcohol y el ácido de los que proviene.
éster +
agua------------- ácido + alcohol
Con un exceso de agua la reacción
es total. Es un proceso inverso a la esterificación.
CH3.CO.O.CH3 + H2O
------------ CH3.CO.OH + H.CH2.OH
Hidrólisis alcalina -
Saponificación
La hidrólisis de los ésteres está
catalizada por ácidos o bases y conduce a ácidos carboxílicos. En presencia de
un hidróxido y con exceso de agua y calor, se produce una reacción que da como
productos el alcohol y la sal del ácido del que proviene. Esta sal es el jabón
lo que da el nombre a la reacción.
éster + hidróxido
-------------- sal de ácido + alcohol.
Tioeter
Un tioéter es similar a un éter,
excepto que un tioéter contiene un átomo de azufre en vez de un átomo de
oxígeno. Debido a que el oxígeno y el azufre pertenecen al grupo de los
calcógenos en la tabla periódica, las propiedades químicas de los éteres y
tioéteres tienen algunos puntos en común. Este grupo funcional es importante en
biología, en especial en el aminoácido metionina y el cofactor biotina.
Los tioéteres suelen prepararse
por la alquilación de los tioles:
R-Br + HS-R' → R-S-R' + HBr
Tales reacciones se aceleran en
presencia de una base, la que convierte al tiol en un tiolato, mucho más
nucleofílico. Un método alternativo de síntesis incluye la adición de tiol a un
alqueno, típicamente catalizada por radicales libres:
R-CH=CH2 + HS-R' → R-CH2-CH2-S-R'
Los tioéteres también pueden ser
preparados vía el rearreglo de Pummerer.
Reacciones
Mientras que los éteres son
generalmente estables, los tioéteres (R-S-R) se oxidan fácilmente a sulfóxidos
(R-S(=O)-R), los que pueden ser oxidados más aún a sulfonas (R-S(=O)2-R). Por
ejemplo, el sulfuro de dimetilo puede ser oxidado como sigue:
S(CH3)2 + O → OS(CH3)2
OS(CH3)2 + O → O2S(CH3)2
Los oxidantes típicos incluyen a
los peróxidos.
Enciclopedia NORMA.
Editorial Norma.
Autor: Francisco Villegas Posada.
Libro de Química Orgánica,
Universidad de Chile.
Autor: Anthony Wilbraham -
Michael Matta.
Química Orgánica, Serie Schaum.
Editorial Mc-Graw Hill
Autor: Schaum.
Química Orgánica, Universidad de
Concepción.
Autor: Guillermo Saavedra.
Internet.
McMurry J. Química Orgánica.
México; DF. 6ª.ed. Thomson 2004
Vollhardt, K. Peter. Química
Orgánica. 3.ª edición. Omega. Madrid. 2000. pp. 849-850
Ray Q. Bruwster. Química
orgánica. Compañía editorial continental, S.A. México. D.F.1970.
Solomons, T.W. Graham e María
Cristina Sangines Franchini Química orgánica. México, D.F.: Limusa, 1985
Petrucci, QUIMICA GENERAL.
Pearson, octava edición, España, Madrid 2003
Guillen, Gimeno.1999. QUIMICA
.Ed. Laberinto, España.
http://www.salonhogar.net/quimica/nomenclatura_quimica/Propiedades_acidos_carboxilicos.htm
Química Orgánica de V.M. Potapov y S. N. Tatarinchik .
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