Compendio de Quimica Organica

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QUÍMICA ÓRGÁNICA

2 PRESENTACIÓN Apreciado estudiante, El conocimiento de la química es importante para todo ser humano, aún no siendo un profesional de la ciencia por todo lo que la química significa para la vida. La química orgánica en especial esta presente en la vida diaria. Estamos formados y rodeados por compuestos orgánicos. Casi todas las reacciones de la materia viva involucran compuestos orgánicos. Los constituyentes principales de la materia viva; proteínas, carbohidratos, lípidos (grasas), ácidos nucleicos (DNA, RNA), las membranas celulares, enzimas, hormonas y otros son orgánicos. Otras sustancias orgánicas incluyen la gasolina, aceites, llantas, ropa, la madera de los muebles, el papel, las medicinas, los recipientes de plásticos, las películas para fotografía, los perfumes, las alfombras, el polietileno, las resinas, drogas y muchas más. Por lo anteriormente señalado los conocimientos de química orgánica son importantes para ustedes que empiezan a formarse, sin embargo en nuestro medio no hay mucha bibliografía de química orgánica y la que se encuentra tiene un costo elevado. Por esta razón me he tomado la libertad de preparar este material, en el cual les presento los contenidos que considero importantes en su preparación. Espero este material les sea de provecho. Gracias

INTRODUCCIÓN. La vida puede definirse como un conjunto de reacciones químicas coordinadas. Los químicos han logrado aislar de plantas y animales muchos compuestos que no se encuentran en materiales inanimados, así como otros, tales como el agua y el cloruro de sodio, que existen en dichos materiales. Desde el punto de vista histórico, el término QUÍMICA ORGÁNICA se aplicó al estudio de los compuestos, tales como el alcohol, azúcar y urea, que se obtenían a partir de organismos vivos. Durante cierto tiempo se creyó que estos compuestos orgánicos solo los podían producir seres vivos. En 1828, Friedrich Wohler, preparó urea en el laboratorio, sin la intervención de un organismo vivo. Esta se considera la primera síntesis de laboratorio de un compuesto orgánico. Aunque muchos compuestos orgánicos se obtienen todavía de lo seres vivos, año tras año, los químicos preparan sintéticamente mayor número de compuestos naturales, así como otros que la naturaleza nunca ha producido. En la actualidad, más de 4 millones de compuestos orgánicos se describen en la literatura química y cada año se preparan gran cantidad de sustancias nuevas. Todos estos compuestos contienen el elemento carbono, por lo tanto, la definición moderna de química orgánica es la química de los compuestos del carbono exceptuando a los carbonatos, ferrocianuros y ferricianuros, que no se estudian como compuestos orgánicos.

3 La bioquímica, que es la rama de la química que estudia la materia que posee vida, se basa en la química orgánica. Las ropas que usamos los humanos, las casas que habitamos, los muebles, los combustibles y las medicinas, son principalmente de tipo orgánico.

OBJETIVOS 1. Describir las diferentes formas alotrópicas del carbono. 2. Entender la importancia que tiene el carbono como constituyente fundamental de la materia orgánica. 3. Adquirir familiaridad con diversas formas de representar las estructuras orgánicas 4. Clasificar los compuestos orgánicos de acuerdo con su estructura 5. Aprender el concepto de isomería. 6. Indicar la importancia de los grupos funcionales como bases fundamentales del comportamiento químico de los compuestos orgánicos.

CONTENIDO. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9.

Qué sabemos de los compuestos orgánicos. Abundancia de los compuestos orgánicos. Formas alotrópicas del carbono Importancia de la fórmula estructural Concepto de átomo de carbono saturado Isomería en los compuestos orgánicos Diferencias entre los compuestos orgánicos y los compuestos inorgánicos Reacciones químicas en los compuestos orgánicos Grupos funcionales orgánicos

Qué sabemos de los compuestos orgánicos? Los compuestos orgánicos están formados, principalmente, por los no metales, y como consecuencia son de tipo molecular. Los átomos de los compuestos orgánicos están unidos por enlaces covalentes. Las propiedades de estos compuestos dependen de la estructura que estos presenten. Por ejemplo, el alcohol etílico, de fórmula estructural CH3CH2OH, es un líquido que se emplea en la bebidas alcohólicas y como disolvente industrial; el éter metílico, de fórmula estructural CH3OCH3, está formado por los mismos átomos pero ordenados de distinta manera y es un gas que se utiliza como propelente que no altera el ambiente en las latas de aerosoles. Los compuestos de la misma fórmula molecular pero de distinta estructura, como los ejemplos mencionados, se llaman isómeros. La forma del compuesto es un factor importante para los puntos de ebullición y de fusión.

4 El carbono es la base de muchos productos que utilizamos a diario: fibras naturales (algodón, madera, rayón) y fibras sintéticas de poliamida y poliéster (nylon y dacrón respectivamente);

Vitaminas, hormonas (estrona, progesterona, testosterona, insulina, corticosterona, adrenalina); y fármacos como la aspirina, la cafeína, las antihistaminas y los antibióticos (penicilinas, estreptomicina, tetraciclinas). Muchos de los compuestos orgánicos más importantes se emplean, principalmente, para fabricar polímeros. Estos son moléculas muy grandes que están constituidas por unidades repetitivas llamadas monómeros. Los polímeros son empleados para fabricar un sinnúmero de productos, tales como teléfonos, borradores, ligas, envases de refrescos y de productos de limpieza, el PVC, y otros.

Abundancia de los compuestos orgánicos. El petróleo, el gas natural y el carbón son algunas mezclas de compuestos orgánicos, mientras que toda la materia viva contiene compuestos de carbono. El carbono combinado con elementos como el hidrógeno, el oxígeno y el nitrógeno, forma compuestos complejos que son la base de la vida de las plantas y los animales. Los restos de la vida vegetal y animal de épocas muy antiguas, transformados en petróleo, asfalto, betún y gases naturales, son compuestos de carbono e hidrógeno, conocidos con el nombre de hidrocarburos. Formas alotrópicas del carbono. Se dice que un elemento presenta formas alotrópicas cuando puede adoptar diversas formas, cada de las cuales presenta idénticas propiedades químicas pero diferentes propiedades físicas. En estado libre, el carbono se presenta en tres formas alotrópicas: diamante y grafito y carbono amorfo. El diamante constituye la variedad más pura del carbono, siendo así mismo la gema más preciosa y de mayor valor. En el cristal de diamante, cada átomo de carbono, se encuentra rodeado por otros cuatro localizados en los vértices de un tetraedro regular. Los enlaces carbono-carbono son todos covalentes sumamente fuertes, propiedad que adquiere el cristal, lo que explica la gran dureza del diamante y su elevado punto de fusión. El grafito es un sólido negro que, en contrate con el diamante, es blando y buen conductor de la electricidad. Cristaliza en placas hexagonales que se disponen en láminas de tal modo que cada átomo de carbono se encuentra rodeado por otros tres. Las diversas láminas están separadas entre sí por distancias mayores que las existentes entre los átomos de un mismo plano y las fuerzas que las mantienen unidas son de naturaleza muy débil. Esta estructura tan floja explica la baja densidad y la poca dureza del grafito.

5 La estructura del grafito, facilita el deslizamiento de las capas, unas sobre otras, por lo cual se utiliza como lubricante. También se emplea como electrodo positivo en pilas secas y en la fabricación de barras o minas para lapiceros. El carbón amorfo se presenta en la naturaleza en los minerales denominados carbones, que pueden ser también artificiales. Los carbones naturales se conocen como turba, lignito, hulla y antracita, en los cuales el contenido de carbono aumenta de un 50 a un 90% aproximadamente. En la actualidad se estudia, lo que se considera otra forma alotrópica del carbono, el ¨fullereno¨ o ¨buckybolas¨, el cual está constituido de 60 carbonos y con forma de balón de fútbol. En la actualidad se estudia su aplicación en electrónica. A diferencia del diamante o el grafito, los fullerenos son solubles en diversos disolventes. Los átomos de carbono pueden formar hasta 4 enlaces covalentes con otros átomos y no solo con átomos distintos, sino con otros átomos de carbono. Esto explica la gran variedad y cantidad de los compuestos del carbono. La tendencia a formar enlaces covalentes es tan grande para el carbono, que sus átomos se unen no solo a átomos distintos, sino a otros átomos de carbono, y puede hacerlo en forma de cadenas, anillos, o de moléculas gigantes.

Importancia de la fórmula estructural en la química orgánica. En química orgánica es frecuente encontrar varios compuestos que tienen la misma fórmula molecular, pero que difieren en sus propiedades. Esto se debe a que son isómeros, es decir compuestos que tienen la misma composición química, pero diferente estructura. Para evitar confusiones y para saber con cuales compuestos se trabaja se emplean preferentemente las fórmulas estructurales. La fórmula estructural indica la cantidad y clases de átomos en la molécula y como están arreglados. Las rayitas que vemos en las fórmulas estructurales representan enlaces covalentes; cada una es un enlace. Observen como se pueden ordenar los carbonos, si se trata de 4 átomos de carbono.

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n-BUTANO

ISO BUTANO

La estructura de la molécula es la base de la química orgánica; de acuerdo con esto, agrupamos los compuestos orgánicos en familias y así resultan grupos con propiedades físicas y químicas características. El carbono forma compuestos muy variados con el hidrógeno y la principal característica de la química orgánica es la formación de cadenas de átomos del mismo elemento. Aparentemente no existe un límite respecto al número de átomos de carbono que pueden unirse para formar una cadena. Estas cadenas pueden ser continuas (lineales) o ramificadas; también existen anillos de átomos de carbono. El carbono puede formar enlaces simples, dobles o triples y unirse con otros elementos distintos al carbono y al hidrógeno. Las fórmulas estructurales se pueden representar de varias formas: • Según el modelo de Lewis. • Fórmulas estructurales diagramáticos o desarrolladas. • Formulas estructurales condensadas. • Fórmulas estructurales de esqueleto. En el modelo de Lewis, cada elemento de la molécula se representa con el par de electrones de cada enlace: Las fórmulas diagramáticos reemplazan el par de electrones por una rayita.

H H - C

H -

H

H C

=

C

H - C≡ C - H

l

H metano

H

H eteno

etino

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En las fórmulas estructurales condensadas no se indican todos los elementos presentes en la molécula, sino que se encierran en paréntesis grupos idénticos de átomos, utilizando subíndices para indicar la cantidad de grupos. CH3(CH2)2OH

(etanol)

CH3(CH2)2CH3 (butano)

Una forma aún más sencilla de escribir las fórmulas orgánicas corresponde a las estructuras de esqueleto, las cuales se escriben teniendo en cuenta las siguientes recomendaciones: • Se supone que en la intersección de las dos líneas convergentes, , que representan enlaces, hay un átomo de carbono; de la misma manera, en cada extremo libre de una línea hay un carbono. • Puesto que el átomo de carbono tiene cuatro enlaces, mentalmente se calcula el número de hidrógenos requeridos, para satisfacer el número de enlaces de cada carbono, pero tampoco se escriben. • Cuando en el compuesto que se representa existen átomos diferentes al carbono, estos se deben especificar. CH3CH2CH2CH2OH

( butanol)

Concepto de átomo de carbono saturado. Dado que el átomo de carbono puede formar cuatro enlaces sencillos, el término saturado se ha reservado cuando esta capacidad de combinación se satisface con enlaces carbono-carbono y carbono-hidrógeno. Cuando un átomo de este elemento forma enlaces dobles o triples con otro carbono, se dice que está insaturado. Isómeros. Los isómeros pueden ser de dos tipos constitucionales y estereoisómeros. En los isómeros constitucionales, los átomos están conectados de distintas maneras. En los estereoisómeros, los átomos se encuentran conectados del mismo modo; los estereoisómeros solo difieren por el ordenamiento de átomos o grupos en el espacio. Los dos tipos de estereoisómeros son los isómeros geométricos (cis-, trans-) y los isómeros ópticos (enantiómeros). Los enantiómeros son la imagen espectacular entre dos isómeros.

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Los objetos que tienen formas enantioméricas se denominan quirales. Un átomo de carbono, al cual están unidos cuatro átomos o grupos distintos, se denomina centro estereomérico. Los objetos que no son quirales se llaman aquirales.

Fuerzas Intermoleculares. En los compuestos iónicos hay una gran atracción electrostática entre los iones con carga positiva y los iones con carga negativa. Esta atracción explica el hecho de que estos compuestos tengan elevados puntos de fusión en tanto que los compuestos covalentes tienen puntos de fusión bajos. Sin embargo existen fuerzas de atracción entre las moléculas covalentes llamadas fuerzas de Van der Walls que pueden ser debidas a distintas causas. Diferencias entre compuestos orgánicos e inorgánicos. 1. La mayoría de los compuestos inorgánicos son iónicos, en tanto que los orgánicos son covalentes. 2. La mayoría de los compuestos inorgánicos se disuelven en cierto grado en el agua. Los orgánicos son en su mayoría insolubles en agua, pero solubles en solventes orgánicos como alcohol, disulfuro de carbono, tetracloruro de carbono, benceno, hexano éter de petróleo y otros. 3. Las reacciones orgánicas son en, general, más lentas que las inorgánicas. 4. Los compuestos orgánicos se descomponen fácilmente con el calor y los inorgánicos no. Las clases de enlace de los compuestos nos permite explicar las diferentes propiedades de ambas clases de compuestos, especialmente las propiedades como punto de fusión, de ebullición y solubilidad. Reacciones Químicas. Los compuestos orgánicos experimentan reacciones químicas entre sí, y es por esto que mediante ellas, se logra convertir unas sustancias en otras, e igualmente sintetizar compuestos de estructuras compleja partiendo de otros más simples.

9 Con base en el hecho de que hay ciertos grupos de compuestos cuyos miembros poseen estructuras y reacciones semejantes, expresamos, aquí los siguientes tipos de reacciones: de adición, eliminación, sustitución y oxidación; sin embargo, es posible hallar otros tipos de agrupación algo diferentes, ya que algunas reacciones de oxidación, para dar un ejemplo, pueden incluirse dentro de la adición. En toda reacción orgánica se distingue un reaccionaste que contiene átomos de carbono, en el cual se forman o destruyen enlaces (sustrato), y un reactivo o agente que causa la reacción orgánica y permite la obtención de productos. 1. Reacciones de adición. En estas, el reactivo se agrega al sustrato, con lo cual aumenta el número de grupos que se adicionan al carbono. Los alquenos y alquinos, y algunos hidrocarburos aromáticos actúan como sustratos; los alcanos y la mayoría de los cicloalcanos no experimentan reacciones de adición. Los reactivos de mayor importancia y utilización, son los halógenos y el hidrógeno. 2. Reacciones de eliminación. Implican una remoción de grupos o átomos de una molécula sin que ellos sean remplazados por otros grupos o átomos, dando origen a la insaturación, o sea la formación de enlaces dobles ( C = C ) y triples ( C ≡ C ). También es posible la formación de anillos (⌂). 3. Reacciones de sustitución. En este tipo de reacciones tiene lugar la formación y ruptura de enlaces simples del carbono, y la consiguiente entrada de un nuevo grupo que viene a sustituir a uno anterior. 4. Reacciones de oxidación. Toda sustancia orgánica es combustible en mayor o menor grado, lo que constituye una oxidación. Los alcanos por ejemplo presentan como reacción característica la combustión, de la cual se desprende gran cantidad de energía calórica. El átomo de carbono tiene número atómico 6; por lo tanto su configuración es1s2,2s2,2p2. Al carbono le faltan 4 electrones para completar su nivel 2. Esto provoca que el carbono tenga una gran tendencia a compartir sus 4 electrones de valencia formando hasta 4 enlaces covalentes. Estos enlaces covalentes se orientan en el espacio en dirección de los vértices de un tetraedro con el carbono en el centro. Al hacer la distribución electrónica para carbono tendríamos lo siguiente: 1s2,2s2,2p2 De esta distribución deberíamos esperar que se formaran dos enlaces covalentes para completar los dos orbitales p que están semillenos. Pero el compuesto más simple que forman el carbono y el hidrógeno es el metano CH4; todas las pruebas experimentales demuestran que los 4 enlaces son idénticos. Cómo explicar esos 4 enlaces covalentes? Si los 4 enlaces son idénticos debemos asumir que hay 4 orbitales idénticos; la única manera de tener 4 orbitales idénticos es por el paso de un electrón del orbital 2s al orbital vacío 2p. La estructura de los orbitales 2s y 2p quedaría así: Los nuevos orbitales, resultantes de combinar un orbital s con 3 orbitales p se llaman orbitales sp3 y se consideran orbitales híbridos para indicar que ellos reúnen las propiedades del orbital 2s y de los tres orbitales 2p. Los orbitales sp3 se forman en el carbono cuando se forman los enlaces con cuatro átomos de hidrógeno.

10 Grupos Funcionales. La mayor parte de los compuestos orgánicos contiene uno o más grupos funcionales. Un grupo funcional es el átomo o grupo de átomos que dan lugar a las propiedades características de una molécula. Todas las moléculas que tienen el mismo grupo funcional reaccionan de manera similar. Los grupos funcionales principales son: Hidrocarburos, alcoholes, aldehídos, cetonas, ácidos orgánicos, ésteres, éter, aminas, amidas, nitrilos, carbilaminas. GRUPOS FUNCIONALES ORGÁNICOS. Saturados

Alcanos

De cadena abierta (acíclicos) Lineales o ramificados Hidrocarburos

Alquenos Insaturados Alicíclicos De cadena cerrada (cíclicos)

Alquinos Cicloalcanos Cicloalquenos Monocíclicos

Carbocíclicos Aromáticos

Bicíclicos

Compuestos Oxigenados

Policíclicos Alcoholes

R - OH

Cetonas Aldehídos Fenoles Eteres

R – CO – R R – CHO C6H5OH R–O-R

Acidos y sus derivados

Halogenuros de ácidos Anhídridos Amidas Esteres Aminas

Compuestos Nitrogenados Compuestos Biológicos

Nitrilos Carbohidratos Proteínas Vitaminas Acidos Nucléicos

ADN ARN

Primarios Secundarios Terciarios

R – CO – X R – CO –O - COR R – CO – NH2 R – CO – OR

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Actividades de Aprendizaje 1. Determina cuales de los siguientes enunciados son ciertas y cuales son falsas. -El CO2 es un compuesto orgánico por que uno de sus elementos es el carbono. ______ -Los compuestos orgánicos, por ser covalentes polares se disuelven en el agua. ______ -En los compuestos orgánicos todos los enlaces son iónicos. ______ -La abundancia de los compuestos orgánicos se debe a que el carbono presenta diferentes formas de hibridación. ______ -Las fórmulas estructurales tienen poca aplicación en el estudio de los compuestos orgánicos. ____ -Los isómeros son aquellos compuestos que presentan la misma fórmula molecular, pero diferente fórmula estructural. ______ 2. La fórmula molecular del pentano C5 H12. Escriba su fórmula estructural desarrollada y de esqueleto. 3. Transforme la siguiente estructura de esqueleto en la fórmula estructural condensada y estructural desarrollada. CH3 4. Demuestre que los siguientes dos compuestos son isómeros: CH3 - CH2 - CH2 - CH3 y CH3 - CH - CH3

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OBJETIVOS. 1. Describir como se disponen los átomos en las moléculas de los hidrocarburos. 2. Conocer la influencia de los enlaces dobles y triples en la forma de las moléculas y en su reactividad. 3. Utilizar las normas generales de nomenclatura para denominar los hidrocarburos. 4. Describir en forma general las propiedades físicas de las diversas clases de hidrocarburos, e indicar como varían con el número de carbonos. 5. Conocer las principales reacciones de cada clase de hidrocarburos y comprender el mecanismo mediante el cual se efectúan. 6. Diferenciar el comportamiento químico de los hidrocarburos saturados e insaturados. 7. Mencionar las principales fuentes de obtención de los hidrocarburos.

CONTENIDO ∗ Qué es un hidrocarburo? ∗ Los alcanos - Isomería - Radicales alquilo - Propiedades físicas y químicas - Nomenclatura de los alcanos - Formas de obtención ∗ Alquenos - Propiedades físicas y químicas - Nomenclatura - Isomería en los alquenos ∗ Alquinos - Propiedades físicas y químicas - Preparación de alquinos - Nomenclatura ∗ Hidrocarburos aromáticos - El benceno principal hidrocarburo aromático. - Nomenclatura

15 QUÉ ES UN HIDROCARBURO? Los hidrocarburos son compuestos formados por carbono e hidrógeno unido mediante enlaces covalentes. Estos compuestos pueden ser clasificados como hidrocarburos saturados e hidrocarburos insaturados. Los saturados tienen solamente enlaces sencillos entre los átomos de carbono, mientras que los insaturados contienen enlaces dobles o enlaces triples carbono-carbono. A los hidrocarburos saturados pertenecen los alcanos. Al grupo de insaturados pertenecen los alquenos, los alquinos y los hidrocarburos aromáticos. Basándose en sus características estructurales, también pueden clasificarse los hidrocarburos en alifáticos y aromáticos. A los alifáticos pertenecen los hidrocarburos de cadena abierta y a los aromáticos, el benceno y sus derivados. Los combustibles tales como el petróleo, la hulla y el gas natural son las fuentes más importantes de hidrocarburos. El gas natural es principalmente metano con pequeñas cantidades de etano, propano y butano. El petróleo es una mezcla de hidrocarburos.

Los alcanos son conocidos también como parafinas. Todos los átomos de carbono están unidos por enlaces simples. Se encuentran como cadenas lineales o ramificadas.

El metano, CH4, es el primer miembro de esta familia, conocido también como gas de los pantanos, debido a que es frecuente su formación en estos lugares por la descomposición de material orgánico. En este compuesto los cuatro átomos de carbono están situados en los vértices de un tetraedro regular con el átomo de carbono en el centro del mismo. A temperatura ambiente, los primeros alcanos, hasta el C4 son gases; del C5 hasta el C16 son líquidos y los que siguen son sólidos. Los alcanos tienen como fórmula general CnH2n+ 2. Cada alcano difiere del anterior de un carbono y dos hidrógenos.

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NOMBRES SISTEMÁTICOS DE LOS ALCANOS CH4 C2H6 C3H8 C4H10 C5H12 C6H14 C7H16 C8H18 C9H20 C10H22 C11H24 C12H26

Metano Etano Propano Butano Pentano Hexano Heptano Octano Nonano Decano Undecano Dodecano

C13H28 C14H30 C15H32 C16H34 C17H36 C18H38 C19H40 C20H42 C21H44 C22H46 C30H62 C35H72

Tridecano Tetradecano Pentadecano Hexadecano Heptadecano Octadecano Nonadecano Eicosano Heneicosano Docosano Triacontano Pentatriacontano

Isomería en los alcanos. La isomería es común en los alcanos. Hay 2 isómeros del butano, 3 isómeros del pentano, 5 del hexano, 9 del heptano, 18 del octano, 35 del nonano y 75 del decano. Radicales Alquilos Cuando los alcanos reaccionan perdiendo un hidrógeno, se forman los radicales denominados alquilo. Estos radicales pueden considerarse productos intermedios y por lo tanto son muy inestables y hacen que la reacción continúe. Los nombres de estos radicales se forman cambiando el sufijo ano del alcano correspondiente por la terminación ilo o il

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Grupos Alquilos Más Comunes

Propiedades Físicas y Químicas de los Alcanos. Tanto las propiedades físicas y químicas de los alcanos dependen en gran parte de su estructura. Debido a que sus moléculas se forman por enlaces covalentes y a su vez por elementos de electronegatividad muy parecida son ligeramente polares o no polares. Los alcanos normales aumentan su punto de ebullición según aumenta su peso molecular. Si el alcano es ramificado disminuye notablemente el punto de ebullición y además cuanto más numerosas sean las ramificaciones, menor es su valor. El punto de fusión de igual forma aumenta con el peso molecular en los alcanos normales. En cuanto a su densidad, los alcanos son los compuestos orgánicos menos densos. Sin embargo su densidad es mayor a medida que aumenta el tamaño del alcano. En cuanto a la solubilidad, debido a su baja polaridad o no polaridad se disuelven en solventes orgánicos o no polares como el benceno, el tetracloruro de carbono, el cloroformo y el éter. Los alcanos tienen una reactividad baja, con respecto a otros hidrocarburos, debido a que los enlaces de sus moléculas son sigma, enlaces difícil de romper, sin embargo también depende del tipo de reactivo empleado y las condiciones de la reacción.

18 Las reacciones químicas más comunes de los alcanos son las siguientes: a. Combustión. Desprenden gran cantidad de calor, principalmente el gas natural, la gasolina y los aceites combustibles. b. Pirólisis. Un alcano se rompe y da una mezcla de hidrocarburos más pequeños, los cuales se pueden separar y purificar. c. Halogenación. Esta reacción consiste en la sustitución de uno de los hidrógenos del alcano por un halógeno. d. Nitración. El etano produce nitrometano y nitroetano. El propano produce 4 nitroalcanos. e. Isomerización. Se pueden obtener otros isómeros utilizando ácidos fuerte del tipo de Lewis, como el HCl. Nomenclatura de los Alcanos. La nomenclatura utilizada actualmente es propuesta por la IUPAC (Unión Internacional de Química Pura y Aplicada). Para nombrar los alcanos se utilizan las siguientes reglas: a. Se escribe una raíz o prefijo que indica el número de carbonos que constituyen la molécula. b. Se escribe la terminación o sufijo ano. La letra n que precede algunos nombres indica que es una cadena normal, sin ramificaciones. H H H H H-C–C–C–C- H

n- butano

H H H H c. En los alcanos de cadena ramificada se localiza la cadena continua más larga de átomos de carbono, aunque se presente en línea quebrada. Esta cadena determina el nombre base del alcano: CH3CH2CH2CH – CH2 – CH3 CH3

La cadena continua más larga tiene 6 átomos de Carbono, se identifica como hexano.

d. Se numera la cadena más larga empezando por el extremo más cercano a la ramificación. Se utilizan los números para indicar las posiciones de los radicales en la cadena principal. 6

5

4

3

2

1

CH3 – CH2 – CH2 – CH – CH2 – CH3 CH3

e. En primer lugar se coloca el grupo sustituyente precedido por el número que designa su posición en la cadena y en el último lugar se escribe el nombre base del alcano. El número que indica la ubicación del radical va separado del nombre de éste mediante un guión. Por ejemplo: 3-metilhexano. 6

5

4

3

2

1

CH3 – CH2 – CH2 – CH – CH2 – CH3

3 - metilhexano

CH3 (RADICAL METILO)

19 f. Cuando existen dos o más radicales, estos se nombran en orden de complejidad: primero el de menor número de átomos de carbono (metilo) y a continuación los que tengan mayor número de ellos. Ejemplo: 3-metil-3-etilheptano. También se pueden nombrar en orden alfabético. CH3 1

2

3

H3C – CH2 – C – CH2 – CH3

7

CH2 – CH2 – CH2 4

5

CH3

3 – metil – 3 - etileptano

6

g. Cuando hay dos o más radicales de la misma clase, se indica el número de veces que se encuentran, usando los prefijos di (2), tri (3), tetra (4). Se separan los números entre sí utilizando comas. Ejemplo: 2,4-dimetilhexano. CH3 6

5

4

3

2

1

H3C – CH2 – CH – CH2 – CH – CH3 CH3 h. Cuando hay dos cadenas de igual longitud que puedan seleccionarse como cadena principal, se escoge la que tenga mayor número de sustituyentes. 1

2

3

4

5

6

7

CH3 – CH – CH2 – CH – CH2 – CH – CH3 CH3

CH2 CH2

2,6 – dimetil – 4 - propilheptano

CH3 i. Cuando la primera ramificación se encuentra a igual distancia de cualquier extremo de la cadena más larga, se escoge la numeración que dé el numero más bajo posible a los radicales. 8

7

6

5

4

3

2

1

CH3 – CH – CH2 – CH2 – CH – CH2 – CH – CH3 CH3

CH2

CH3

CH3 2,7 – dimetil – 4 - etiloctano

Obtención de los alcanos La principal fuente de obtención de alcanos la constituye el petróleo y el gas natural. Este ultimo está formado aproximadamente en un 70 % de gas metano y gas etano. El petróleo es una mezcla compleja de hidrocarburos que van desde el metano hasta hidrocarburos de cuarenta y cincuenta átomos de carbono.

20 Los alcanos tienen mayor aplicación en forma de mezcla que puros, por lo cual la destilación del petróleo se lleva generalmente hasta la obtención de mezclas o fracciones. Otra forma de obtener alcanos es a partir de derivados halogenados de los alcanos, mediante una reacción conocida como reacción de Wurtz y otros métodos de síntesis.

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ACTIVIDADES DE APRENDIZAJE. 1. Escribe el nombre IUPAC, de los siguientes alcanos. a. H3C- CH2-CH2-CH3 b. H3C- CH2 – CH2 – CH2 – CH3 c. H3C – CH2 – CH2 – CH2 – CH2 – CH2 – CH2 – CH3 2. Cuál es la fórmula molecular de los alcanos que tienen: 15, 27,38,57,350 átomos de carbono? 3. Escribe las fórmulas estructurales de cada uno de los siguientes alcanos. a. Pentano

b. Nonano

c. Tetradecano

d. Nonadecano

e. Heptano

4. En los siguientes ejemplos: a. Identifica los radicales: b. Señala los carbonos primarios, secundarios, terciarios y cuaternarios 5. Escribe la fórmula estructural de cada uno de los siguientes compuestos: a. 2,2-dimetilhexano b. 3- etilpentano d. 4- isopropiloctano e. Metilbutano g. 2,3,7 – trimetil –5 – etil – 6 – isobutilnonano 6. Nombra los siguientes alcanos según las reglas indicadas: a. CH3

- CH - CH2 - CH3 Cl CH3

c. 2,3,4,5 – tetraetildodecano f. 4 – terbutilnonano

b. CH3 - CH – CH2 - CH3 CH2

CH3

c. CH3 - CH – CH2 - CH CH3

CH3

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El petróleo es una mezcla de hidrocarburos.

Son hidrocarburos cuyas moléculas contienen doble enlace carbono-carbono. Son conocidos también como compuestos insaturados, debido a que hay carbonos que no están saturados con átomos de hidrógeno. Los carbonos unidos por doble enlace poseen hibridación sp2. El doble enlace está formado por un enlace sigma y un enlace pi. Esto determina las propiedades de estos compuestos. Los alquenos que tienen un doble enlace cumplen con la regla general: CnH2n. El alqueno más sencillo es el eteno o etileno C2H4. La gran cantidad de alquenos empleados actualmente se pueden obtener mediante deshidrogenación de alcanos durante el procesamiento del petróleo crudo. Estos alquenos se utilizan en la fabricación de combustibles para motores, polímeros y petroquímicos. NOMBRE, FÓRMULA Y USOS DE ALGUNOS ALQUENOS. CH2 = CH2 CH3CH2CH = CH2 CH3C(CH3) = CH2 CH3CH = CH2 CH3CH = CHCH3 CH2 = CHCH2CH2CH3

ETENO

Plásticos de polietileno

1-BUTENO 2-METILPROPENO PROPENO 2-BUTENO 1-PENTENO

Plásticos de polipropileno Anticongelante para autos Llantas de polibutileno

23 Propiedades Físicas y Químicas de los Alquenos. A temperatura ambiente y a una atmósfera, los alquenos de 2 C hasta 4 C son gases. De 5 C al 18 C son líquidos y del C19 en adelante son sólidos. Son insolubles en agua, pero solubles en líquidos no polares como el benceno, el éter y el cloroformo. Son solubles en ácido sulfúrico concentrado y frío, lo cual sirve para diferenciarlos de los alcanos. A medida que aumenta la cantidad de carbonos, el punto de ebullición aumenta, sin embargo, las ramificaciones disminuyen el punto de ebullición. El punto de fusión aumenta también con el número de átomos de carbono.

El butadieno, es utilizado en la fabricación de caucho, nylon y pintura de látex

En cuanto a las propiedades químicas de los alquenos, estos sufren reacciones de adición, tales como: Adición de H2 H H 1. R – CH = CH – R

+

H2

Æ R–C– C–R H

1. Adición de halógenos. H H R – CH= CH – R

+

X2

Æ

R–C–C-R X X

H

24 2. Adición de halogenuros de hidrógeno. Esta reacción se basa en la regla de Markovnikov, que dice, que en la adición iónica de un ácido al doble enlace de un alqueno, el H+ se une al carbono que tiene el mayor número de hidrógenos y la porción negativa se unirá al carbono con menos hidrógeno. H H R – CH = CH – R + HX

Æ R–C–C–R H X

3. Adición de H2SO4. Esta reacción también sigue la regla de Markovnikov. R – CH = CH2 + H – O – S – O3H Æ R – CH – CH3 O –SO3H

sulfato ácido de alquilo

4. Adición de H2O. Sigue también la regla de Markovnikov. R – CH = CH2

+

H- OH

Æ R – CH – CH3

OH Otras reacciones en las que participan los alquenos son de fusión, como: 1. Ozonólisis. Que consiste en la ruptura del doble enlace por el ozono. Los productos obtenidos pueden ser aldehídos o cetonas en condiciones reductoras y ácidos en condiciones oxidantes. 2. Oxidación con KMnO4 a bajas temperaturas y en soluciones alcalinas diluidas. Los productos son un diol 1,2 o glicoles. Esta reacción permite introducir dos grupos oxhidrilos en los átomos de carbono del doble enlace. 3. Pruebas de instauración. Un compuesto que tiene un doble enlace etilénico reaccionará rápidamente con una solución diluida de bromo en tetracloruro de carbono. El bromo en tetracloruro tiene color café rojizo y al reaccionar con un alqueno se decolora. Esta decoloración es una prueba de la presencia de un doble enlace.

Preparación de Alquenos. Los alquenos que posean hasta 5 carbonos pueden obtenerse como se mencionó anteriormente de la refinación del petróleo. También pueden obtenerse a partir de reacciones de eliminación. 1. A partir de deshidro halogenación de halogenuros de alquilo: Consiste en la separación de un hidrógeno y un halógeno de átomos adyacentes de halogenuros de alquilo. CH3 CH2Cl +

KOH

----------------> CH2 = CH2

+

KCl

+

H2O

2. A partir de la deshidratación de alcoholes: Es uno de los métodos para introducir un doble enlace en una molécula. Es útil por la disponibilidad de muchos alcoholes. Esta

25 3. deshidratación puede llevarse a cabo en solución que contengan ácidos fuertes como el ácido sulfúrico. H H

H H H2SO4

R- C – C – R’

> R – C = C – R’

+

H2O

HO H 4. Deshalogenación de dihalogenuros vecinales: 5. Por deshidrogenación de alcanos: 6. Por reducción de alquinos:

Nomenclatura de los Alquenos. Frecuentemente los alquenos de bajo peso molecular se designan con nombres comunes. El nombre común se obtiene añadiendo la terminación eno al nombre del grupo alquilo que se formaría, así, el eteno se conoce como etileno, el propeno como propileno, el 1-buteno, como α-butileno, el 2buteno, como β- butileno Las reglas de la IUPAC para nombrar a los alcanos se pueden aplicar también a los alquenos con algunas modificaciones. Se nombran igual que los alcanos, pero se reemplaza la terminación ano por eno 1- Para el nombre base se escoge la cadena de átomos de carbono más larga que contenga los dobles enlaces. 2- La cadena se numera de tal manera que los átomos de carbono del doble enlace tengan los números más bajos posibles. 1

2

3

4

5

H3C – CH = CH – CH2 – CH3 3- Para indicar la presencia de un doble enlace, se cambia la terminación ano de los alcanos con el mismo número de átomos de carbono, por la terminación eno. 4- La posición del doble enlace se indica mediante el número menor que le corresponda a uno de los átomos de carbono del doble enlace. Este número se escibe antes del nombre base. H2C = CH – CH2 – CH3 1- Buteno 5- Si la molécula contiene más de un doble enlace, el número de estos se indica sustituyendo la terminación eno por dieno, trieno, etc., según sean dos, tres o más dobles enlaces. La posición de cada doble enlace se indica mediante el número menor que le corresponda a los carbonos de cada doble enlace más próximo al extremo de la cadena. 1

2

3

4

5

CH2 = CH – CH = CH – CH3 1

2

3

4

5

1,3 –pentadieno

6

CH2 =CH – CH = CH – CH = CH2 1,3,5 –hexatrieno

26

6- Los sustituyentes, tales como halógenos o grupos alquilos se indican mediante su número en la misma forma que los alcanos. Cada sustituyente debe indicarse mediante su nombre y un número. CH3 1 2 3 4 3,3 – dimetil – 1 - buteno H2 C = CH – C – CH3 CH3 7- En los alquenos ramificados se escoge como cadena principal la que contenga el mayor número de dobles enlaces aunque ella no sea la más larga: H2C = CH – CH = C – CH2 – CH2 – CH2 – CH2 – CH3 HC = CH – CH = CH2

4 – pentil – 1,3,5,7 - octatetraeno

8- Los cicloalquenos, llamados también cicloolefinas, se nombran sustituyendo la terminación ano del cicloalcano correspondiente, por eno, dieno, etc.La numeración debe seguirse a partir del doble enlace, incluyendo los dos átomos de este. ciclopropeno El etileno influye en la maduración de algunos frutos. En las hojas, se produce en grandes cantidades durante el período de expansión. El etileno produce el crecimiento rápido de la parte superior de un órgano de la planta; la maduración de flores y frutos. El etileno actúa sobre la división celular, la expansión celular y en el transporte de hormonas.

Isomería de los alquenos. Los alquenos también presentan isomería. CH3 – CH = CH – CH2 -Cl

CH3 – CH = C – CH3 Cl

27 Estos isómeros tienen estructuras diferentes, es decir, tienen los mismos grupos pero unidos en diferente forma. En el primer ejemplo el átomo de cloro se encuentra unido al carbono 1, en tanto que en el segundo ejemplo, el cloro se encuentra unido al carbono 2.

Actualmente se fabrican materiales plásticos que incorporan sustancias biodegradables como el almidón en su estructura. Cuando estos plásticos mixtos se encuentran expuestos a los factores ambientales, el almidón se degrada rápidamente, creando poros y ranuras que facilitan a su vez la degradación del material sintético.

28

ACTIVIDADES DE APRENDIZAJE. 1- Dé los nombres, de acuerdo con la I.U.P.A.C. de las siguientes estructuras. a) CH2 = CH2

b) CH3 – CH2- CH = CH2

d) (CH3)3 – C – CH = C(CH3)2

c) CH3 – CH2 – C(CH3) = CH2

e) CH3 – CHBr – CH2 – CH = CH – CH2 – CH3

f) CH3 – CH2 – C = CH2 CH2CH2CH3 2- Los nombres que se dan a continuación son incorrectos. Escriba una fórmula estructural para cada compuesto y dé su nombre correcto. a) 2- etil – 3- hexeno

b) 2 – metil – 4 – hepteno

c) 2,2 – dimetil – 3 – penteno

d) 2 – metil – 2,5 – hexadieno - Complete las siguientes reacciones: a) CH3 C(CH3) = CH2

+ Cl2 + H20 →

b) CH2 = CHCH = CH2

+ Br2

c) CH3CH = CHCH3

+ H2SO4

d) CH3CH2CH = CHCH3

+

e) CH3CH2CH = CHCH2CH3

H2 +

→ → → H2O

KMnO4

→

3- Escriba la fórmula estructural para cada uno de los siguientes compuestos. a) 1,2 – butadieno d) 1,3 – dimetilciclopenteno

b) 4,4 – dimetil – 2- penteno

c) 1,3 – dimetilciclopenteno

29

Los alquinos constituyen otra serie homóloga de hidrocarburos que se caracterizan por tener por lo menos un triple enlace carbono – carbono. Contienen dos átomos de carbono menos que los alquenos con el mismo número de átomos de carbono y tienen como fórmula general CnH2n-2. El primer alquino y el más importante es el acetileno, de fórmula C2H2. A ésta serie también se le conoce como serie acetilénica .

ALQUINOS MAS USADOS HC ≡ CH HC ≡ CCH3 HC ≡ CCH2CH3 HC ≡ CCH2CH2CH3 HC ≡ C(CH2)4CH3 CH3C ≡ CCH2CH3

ETINO PROPINO 1 – BUTINO 1 – PENTINO 1- HEPTINO 2 – PENTINO

CH3CH2C ≡ C(CH2)2CH3 CH3CH2C ≡ CCH2CH3 CH3C ≡ C(CH2)3CH3 HC ≡ C(CH2)5CH3

3 – HEPTINO 3- HEXINO 2 – HEPTINO 1 - OCTINO

Propiedades Físicas y Químicas. Algunos alquinos, son gases o líquidos a temperatura ambiente y todos ellos menos densos que el agua. Los alquinos pueden presentar isomería estructural, (ejemplo, el 1- pentino y el 2- pentino) pero no isomería de configuración. Los alquinos pueden sufrir oxidación, adición al triple enlace carbono-carbono y sustitución del hidrógeno directamente unido al triple enlace en una molécula de 1-alquinos. Un hidrógeno unido a un átomo de carbono que soporta a un triple enlace es fácilmente sustituible por metales y se le conoce como hidrógeno ácido. Los alquinos se pueden distinguir de los alquenos porque son solubles en ácido sulfúrico concentrado y frío. Además decoloran el permanganato de potasio y el bromo en tetracloruro de carbono. 1. Adición de halógenos. El triple enlace es menos susceptible que el doble enlace a la adición de halógenos. El cloro o el bromo se adicionan a un triple enlace obteniéndose un dihaloalqueno o un tetrahaloalcano. H H H- C ≡ C – H + Cl2 → Cl –H C = CH – Cl Æ Cl – C - C - Cl Cl

Cl

30 2. Adición de halogenuros de hidrógeno. Los halogenuros de hidrógeno (HCl, HBr, HI), se pueden adicionar a un triple enlace para producir un haloalqueno. H–C≡C–H

+ HCl

HgCl2

→ H2 C = CHCl

(CLORURO DE VINILO)

3. Adición de agua. La adición directa de agua al acetileno, en presencia de sulfato mercúrico en ácido sulfúrico, es un método industrial para la obtención de acetaldehído. H CH3 – C = O

HgSO4

H–C≡C–H

+ H2O

H2SO4

ACETALDEHIDO

4. Adición de hidrógeno. Se pueden adicionar dos hidrógenos al triple enlace acetilénico, en presencia de platino, paladio o níquel, transformando al alquino en un alcano. H–C≡C–H

H2/ Ni

H2C = C H2

H2/Ni

H3 C – C H3

Preparación de Alquinos. Los alquinos pueden ser preparados mediante los procesos de: 1. Deshidrohalogenación de halogenuros. Los triples enlaces se pueden generar, eliminando los cuatro átomos adyacentes: CH3 – CH – CH- R Br

+ 2KOH

alcohol

CH3 – C ≡ CH - R + 2KBr + 2H2O

Br

2. Alquilación de acetiluros de sodio. El ión alquino, R – C = C – además de ser una base fuerte, es un agente nucleofílico fuerte o sea un gran donador de electrones. Puede reaccionar con halogenuros de alquilos desplazando el halógeno. La reacción entre la sal sódica de un alquino y un halogenuro de alquilo se emplea en la preparación de alquinos superiores. H – C ≡ C – Na + CH3 – Br + NaNH2

NH3

CH3 – C ≡ C – Na

H2

CH3 – C ≡ CH + NaBr + NH3

31

El neupreno un compuesto preparado a partir del acetileno, supera al caucho natural en cuanto a su resistencia al aceite, gasolina y disolventes orgánicos

Nomenclatura de los Alquinos Los alquinos se nombran siguiendo las mismas reglas usadas para los alquenos. 1. Se escoge la cadena más larga que contenga los enlaces múltiples y se enumera de tal forma que se obtengan los números más pequeños posible para la posición de los enlaces múltiples. El triple enlace se indica empleando la terminación ino en sustitución de la terminación ano del hidrocarburo base. La posición del enlace triple se indica mediante un número que se coloca frente al nombre del hidrocarburo base.

2. Cuando hay más de un enlace triple se emplean las terminaciones adiíno, triíno, etc.

3. La posición de los grupos sustituyentes en los alquinos ramificados también se indica por medio números.

32 4. En un compuesto que contiene un doble y un triple enlace, lleva ambas terminaciones, eno e ino, y se enumera la cadena con el número más bajo posible al doble enlace.

5. Si hay sustituyentes, se nombran primero indicando el número del átomo de carbono donde están ubicados. Luego se menciona la cadena más larga posible y la posición de las instauraciones empezando con eno y luego ino:

6. Si hay dos cadenas con el mismo número de instauraciones, se toma aquella que presente más dobles enlaces, no importa que no sea la más larga.

33 ACTIVIDADES DE APRENDIZAJE 1. Escribe los nombres, según la nomenclatura de cada uno de los siguientes compuestos: a. H3C – CH2 – C ≡ C – CH3 c. CH3 – CH – CH2 – C ≡ CH CH3 e. H3C – C ≡ C – CH2 – CH = CH – CH3

b. HC ≡ C – C H2 – CH3 d. CH3 – CH2 – C ≡ C – CH2 – CH2 – CH f. H2C = CH – CH2 – CH – C ≡ CH CH2 – CH = CH2

g. H3C – C ≡ C – CH – CH3 CH2 – CH2 – C ≡ CH 2. Escribe la formula estructural para cada uno de los siguientes compuestos: a. 1,5 –Decadiino b. 3- Heptino c. 2,3 – Dimetil – 5 – Nonino d. 4 – (3´-butinil) – 1,7 – octadieno e. 4 – (1´- propenil) – 1,7 - nonadieno

CH3 CH3

34

OBJETIVOS. 1. Describir la estructura del benceno y de los hidrocarburos aromáticos. 2. Explicar el concepto de resonancia relacionándolo con la estabilidad de los compuestos aromáticos. 3. Nombrar algunos derivados del benceno, aplicando las normas de la IUPAC. 4. Describir las propiedades físicas y químicas de los hidrocarburos aromáticos.

CONTENIDO. 1. 2. 3. 4.

Definición El benceno un compuesto especial. Nomenclatura de los hidrocarburos aromáticos Obtención y uso de los hidrocarburos aromáticos.

Los hidrocarburos aromáticos, llamados además cicloaromáticos o arílicos, son un grupo de sustancias que tienen en su estructura un esqueleto cíclico no saturado, de características peculiares. Muchas de estas sustancias despiden olores aromáticos agradables, de ahí su nombre. Muestran además características del benceno. El Benceno un Compuesto Especial. Es el más elemental de los hidrocarburos aromáticos, de fórmula C6H6. Posee el mismo número de átomos H y de C, es una molécula muy insaturada. El anillo bencénico está formado por seis átomos de carbono entre los cuales existen tres dobles enlaces externos, que a su vez permiten que cada carbono esté unido a un hidrógeno. Generalmente se representa de esta forma, debido a que no se puede determinar la posición exacta de los dobles enlaces.

35

Nomenclatura. El benceno se encuentra en tres tipos de hidrocarburos aromáticos: a. Compuestos formados por un solo núcleo de benceno como el tolueno y los hidrocarburos que contienen un anillo bencénico, a los cuales se encuentran unidos radicales alifáticos. b. Compuestos con más de un anillo de benceno, los cuales se encuentran formando anillos condensados. c. Compuestos con más de un anillo de benceno, en los cuales los diferentes núcleos no comparten átomos de carbono. Para nombrar a estos compuestos la IUPAC indica las siguientes reglas: 1. Los compuestos que presentan un solo sustituyente, se nombran anteponiendo el nombre del sustituyente a la palabra benceno.

clorobenceno

nitrobenceno

2. Si hay varios grupos unidos al anillo bencénico, se indican cuales son y su ubicación. Se puede utilizar los términos orto, para indicar que el anillo está sustituido en los carbonos 1 y 2; meta, para los sustituyentes en 1 y 3 y para se usa cuando los sustituyentes están en 1 y 4:

36

3. Los hidrocarburos que contienen una parte alifática y una aromática se llaman arenos y pueden ser alquilbencenos (alcano-aromático), alquenilbencenos (alqueno-aromático) y alquinilbenceno (alquino-aromático). Si los sustituyentes son diferentes, el número 1 corresponde al de menor número de átomos de carbono, o el menos ramificado:

37

Los compuestos aromáticos desde la antigüedad han ocupado un lugar preferencial en la industria química.

4. La nomenclatura I.U.P.A.C acepta algunos nombres comunes:

38

5. Los compuestos aromáticos también se pueden nombrar como derivados de los nombres comunes:

o- nitrotolueno

p – metilanilina

6. Si el anillo bencénico tiene tres o más sustituyentes se emplean números para indicar sus posiciones relativas.

39 Si los grupos son diferentes, el último que se nombra se sobrentiende que está en la posición 1 y no se escribe el número:

Si está presente uno de los grupos que dan nombre especial, el compuesto se nombra con dicho grupo en posición 1.

2,4,6 Tribromonitrobenceno

7. Los compuestos aromáticos polinucleares con anillos fusionados se nombran utilizando los nombres comunes y cada uno tiene una numeración específica:

Naftaleno

Antraceno

Fenantreno

40 Los sustituyentes en estos anillos se nombran de acuerdo con el número del carbono en el cual están ubicados: 2-metilnaftaleno

1,7,10-trimetilantraceno 9- Bromofenantreno

8. Los compuestos que contienen anillos no fusionados se nombran como derivados de los alcanos.

Difenilmetano

1,2 - difeniletano

Obtención Y Usos De Los Hidrocarburos Aromáticos Los hidrocarburos aromáticos generalmente no se sintetizan , ya que pueden ser obtenidos en forma fácil y abundante a partir del petróleo. En algunas industria, como la del acero se utilizan grandes cantidades de carbón, lo que permite obtener como subproductos compuestos aromáticos como benceno, tolueno, xileno, fenol, naftaleno y otros. Los hidrocarburos aromáticos se utilizan como materias primas en la manufactura de numerosos productos, tales como colorantes, insecticidas, drogas, esencias, explosivos y muchos más. El benceno y el tolueno, se emplean también como disolventes industriales.

41

ACTIVIDADES DE APRENDIZAJE 1. Escribe la fórmula estructural para cada uno de los siguientes compuestos: a. p – dinitrobenceno d. o –iodoanilina g. 8 –bromonaftaleno j. difenilpropano

b. m –bromonitrobenceno e. m –iodofenol h. 10 –isopropilfenantreno

c. m –nitrotolueno f. 2,4,6 –trietifenol i. 4,5 –diisopropilfenantreno

2. Escribe el nombre IUPAC para cada uno de los siguientes compuestos a. Cl b. CH3 c. CH3 CH3 Cl CH3

CH2 – CH3

42

OBJETIVOS. 1. Clasificar los alcoholes de acuerdo con el tipo de carbono al que está unido el grupo hidroxilo. 2. Emplear las normas de nomenclatura para nombrar alcoholes, fenoles y éteres sencillos 3. Describir las propiedades físicas de los alcoholes. 4. Conocer algunas reacciones importantes de los alcoholes 5. Describir algunos métodos para obtener alcoholes 6. Mencionar algunas características de los polioles. 7. Conocer la estructura del grupo carbonilo. 8. Describir de forma general las propiedades físicas y químicas de aldehídos y cetonas. 9. Distinguir entre aldehídos y cetonas según su comportamiento ante agentes oxidantes. 10. Utilizar las normas generales de nomenclatura para denominar aldehídos y cetonas, y conocer los nombres comunes de los compuestos más importantes de estas dos familias. CONTENIDO 1. Definición de alcoholes 2. Clasificación de los alcoholes 3. Alcoholes polixhidroxilados 4. Propiedades físicas de los alcoholes 5. Propiedades químicas de los alcoholes 6. Nomenclatura de los alcoholes 7. Definición de aldehídos. 8. Preparación de aldehídos 9. propiedades físicas de los aldehídos 10. Propiedades físicas y químicas de los aldehídos 11. Nomenclatura de los aldehídos 12. Nomenclatura de las cetonas

Entre los compuestos orgánicos existe un gran número que contienen uno o más átomos de oxígeno en su molécula, lo que permite considerar, que estos compuestos pueden provenir de las oxidaciones de los hidrocarburos y sus derivados.

43 Los alcoholes uno de estos compuestos se caracterizan por poseer el grupo funcional –OH (hidróxilo) en su molécula. El más sencillo de todos los alcoholes es el metanol, base del llamado alcohol industrial. Clasificación De Los Alcoholes. Los alcoholes se clasifican en tres grupos de acuerdo con la posición del grupo OH; si éste va unido a un carbono primario, el alcohol es primario. R – CH2OH

Alcohol primario

CH3- CH2OH etanol

Si el grupo OH va unido a un carbono secundario, el alcohol será secundario. R- CHOH │ R Alcohol secundario

CH3 – CH2 – CHOH │ CH3 2- butanol

Si el grupo funcional va unido a un carbono terciario, el alcohol será terciario. R1 │ R - C – OH R2

CH3 CH3 - C - OH CH3

Alcohol terciario

2-metil- propan- 2-ol

Alcoholes Polihidroxilados. Todos los alcoholes que como en los ejemplos anteriores presentan en su estructura un solo grupo OH, se conocen con el nombre de alcoholes monohidroxílicos o monoles, , , pero si se presentan en la misma molécula varios grupos OH, se tienen entonces los alcoholes polihídricos o polioles (dihidroxílicos, trihidroxílicos,etc.) entre los cuales es típico el etilenglicol, la glicerina y el sorbitol. CH2 - CH2 – OH

CH2 – OH

CH2 – OH

OH

CH - OH

( CH – OH) 4

CH2 – OH Glicerina

CH2 – OH Sorbitol

Etilenglicol

44 No puede existir más de un grupo OH sobre el mismo átomo de carbono, pues el compuesto sería muy inestable y se descompondría inmediatamente. El etilén glicol se utiliza en grandes cantidades como anticongelante, debido a su bajo punto de fusión, su alto punto de ebullición y su completa solubilidad en agua. La glicerina es considerada como el alcohol polihidroxílico más importante. Es un líquido viscoso, no tóxico y de sabor dulce. Se encuentra abundantemente en las grasas y aceites, formando ésteres con ciertos ácidos orgánicos. Se utiliza en la manufactura de ciertos tipos de plásticos, en la preparación de pomadas, cremas y otros medicamentos. Los alcoholes que contienen dobles enlaces, se conocen con el nombre genérico de enoles, si el enlace doble está contiguo al carbono que contiene el grupo OH, el compuesto se llama alcohol vinílico. De acuerdo con la forma de la cadena, los alcoholes son alifáticos, cíclicos o aromáticos. Propiedades Físicas de los Alcoholes. Las propiedades físicas dependen del peso molecular y del grupo OH, que es muy polar y permite la formación de puentes de hidrógeno. Desde el metanol al undecanol son líquidos cada vez más viscosos. A partir de allí son sólidos. Los puntos de ebullición aumentan a medida que crece el número de átomos de carbono y disminución cuando hay ramificaciones. Los alcoholes inferiores son solubles en agua y a medida que aumenta el número de átomos de carbono, su solubilidad disminuye.

Propiedades Químicas de los Alcoholes. La reactividad depende de la ruptura del grupo funcional. Hay reacciones en las cuales se rompe el enlace R - O – H o R – OH, dando reacciones de sustitución o de eliminación formando un doble enlace. Cuando el rompimiento es en el enlace O – H, los alcoholes pueden reaccionar con metales activos tales como alcalinos, Mg o Al; pueden reaccionar con cloruros de sulfonilo para formar ésteres; pueden oxidarse y el compuesto que resulta de la oxidación del alcohol depende de si es un alcohol primario, secundario o terciario: a. Los alcoholes primarios pueden oxidarse originando ácidos carboxílicos o aldehídos. b. Los alcoholes secundarios se oxidan a cetonas. c. Los alcoholes terciarios no se oxidan en condiciones alcalinas y en medio ácido se deshidratan y originan alquenos, estos se oxidan fácilmente.

45 En las reacciones con rupturas del enlace R – OH encontramos las siguientes: con halogenuros de hidrógeno en presencia de H2SO4. Esta reacción permite diferenciar un alcohol primario, secundario o terciario, basándose en la velocidad de reacción; reacción con trihalogenuros de fósforo; deshidratación.

La destilación es el método más utilizado para obtener el etanol que resulta de la fermentación de azúcares principalmente de caña.

Nomenclatura de los Alcoholes. 1. Para nombrar los alcoholes se escoge como cadena principal aquella donde se ubica el grupo OH. Se enumera por el extremo más próximo a la posición del mismo. La cadena lleva el sufijo ol. La posición del grupo OH se indica anteponiendo un número al nombre del compuestos principal. El número debe ser el más bajo posible. 1

2

3

4

5

6

H3C – CH2 – CHOH – CH2 – CH2 – CH3 3- Hexanol 2. Cuando hay dos o más grupos – OH, se indica la posición con números y se agrega al final: diol, triol, tetrol CH2OH - CH2 – CH2OH 1,3 – Propanodiol 3. Cuando hay ramificaciones se nombran teniendo en cuenta la nomenclatura de los hidrocarburos y si hay varios grupos –OH, se escoge como cadena principal la que incluye el mayor número de ellos, así no sea la más larga. 3

4

H3C – CH2 – CH – CH2OH │ CHOH – CH2OH 2

1

3- propil –1,2,4 - butanotriol

46 4. Si el alcohol presenta dobles o triples enlaces, se indica con un número que debe ir antes del nombre del hidrocarburo: 1

2

3

4

H3C – CH – CH = CH2

4

3 – Buten – 2- ol

OH

3

2

1

HC ≡ C – CH – CH3 3- Butin – 2 - ol OH

ALCOHOLES DE MAYOR USO NOMBRE

ELABORACIÓN

USOS

Metanol

Por destilación destructiva de la madera. También por reacción entre el hidrógeno y el monóxido de carbono a alta presión.

Etanol

Por fermentación de azúcares. También a partir de etileno o de acetileno. En pequeñas cantidades, a partir de la pulpa de madera.

2-propanol (isopropanol)

Por hidratación de propeno obtenido de gases craqueados. También subproducto de determinados procesos de fermentación. Por oxidación de mezclas de propano y butano.

Disolvente para grasas, aceites, resinas y nitrocelulosa. Fabricación de tinturas, formaldehído, líquidos anticongelantes, combustibles especiales y plásticos. Disolvente de productos como lacas, pinturas, barnices, colas, fármacos y explosivos. También como base para la elaboración de productos químicos de elevada masa molecular. Disolvente para aceites, gomas, alcaloides y resinas. Elaboración de acetona, jabón y soluciones antisépticas.

1-propanol (n-propanol)

Butanol (n-butanol)

Por fermentación de almidón o azúcar. También por síntesis, utilizando etanol o acetileno.

Metilpropanol

Por reacción entre el hidrógeno y el monóxido de carbono a alta presión, seguida de destilación de los productos obtenidos. Por hidrólisis del butano, formado por craqueo de petróleo.

2-butanol

Metil-2propanol

Por hidratación de isobutileno, derivado del craqueo de petróleo.

Disolvente para lacas, resinas, revestimientos y ceras. También para la fabricación de líquido de frenos, ácido propiónico y plastificadores. Disolvente para nitrocelulosa, etilcelulosa, lacas, plásticos de urea-formaldehído y ureamelamina. Diluyente de líquido hidráulico, agente de extracción de drogas. Disolvente de líquidos de freno elaborados con aceite de ricino. Sustituto de n-butanol en la elaboración de resinas de urea. En la elaboración de otros productos químicos, por ejemplo metiletilcetona. Disolvente de lacas de nitrocelulosa. Producción de líquido de frenos y grasas especiales. En perfumería. Como agente humedecedor en detergentes. Disolvente de fármacos y sustancias de limpieza.

47 Pentanol (alcohol amílico) Etilenglicol

Dietilenglicol

Glicerina (1,2,3propanotriol) Pentaeritritol (pentaeritrita)

1

Por destilación fraccional de aceite de fusel, un producto secundario en la elaboración del etanol por fermentación. Por oxidación de etileno a glicol. También por hidrogenación de metilglicolato obtenido a partir del formaldehído y el metanol. Como subproducto en la fabricación de etilenglicol. Del tratamiento de grasas en la elaboración del jabón. Sintéticamente, a partir del propeno. Por fermentación de azúcares. Por condensación de acetaldehído y formaldehído.

Sorbitol

Por reducción de azúcar con hidrógeno.

Ciclohexanol

Por hidrogenación catalítica del fenol. Por oxidación catalítica del ciclohexano.

Fenil-2-etanol

Por reacción entre el benceno y óxido de etileno.

Disolvente de numerosas resinas naturales y sintéticas. Diluyente de líquido para frenos, tintas de imprenta y lacas. En fármacos. Líquido anticongelante, líquido para frenos. En la producción de explosivos. Disolvente de manchas, aceites, resinas, esmaltes, tintas y tinturas. Disolvente de tinturas y resinas. En el secado de gases. Agente reblandecedor de tintas de imprenta adhesivas. En resinas alquídicas, explosivos y celofán. Humectante de tabaco. En resinas sintéticas. Como tetranitrato en explosivos. También en el tratamiento farmacológico de enfermedades cardiacas. En la elaboración de alimentos, fármacos y productos químicos. Acondicionador de papel, textiles, colas y cosméticos. Fuente de alcohol en la fabricación de resinas. Producto intermedio en la fabricación de sustancias químicas utilizadas en la fabricación del nailon. Estabilizador y homogeneizador de jabones y detergentes sintéticos. Disolvente. Principalmente en perfumería.

48 ACTIVIDADES DE APRENDIZAJE 1. Tomando en cuenta las reglas de nomenclatura de los alcoholes, escribe el nombre de los siguientes compuestos:

49

El grupo funcional de los aldehídos y las cetonas presenta un enlace múltiple, concretamente un doble enlace carbono-oxígeno C = O. Este grupo se conoce con el nombre de carbonilo. Cuando el grupo carbonilo se encuentra en un carbono primario, es decir, cuando se encuentra en el extremo de una cadena, la serie de compuestos se denomina aldehídos y se puede representar así: O -C H El grupo aldehído puede estar unido a un radical alifático o aromático. El más sencillo de los aldehídos es el metanal o formaldehído. Cuando el grupo carbonilo se localiza en un carbono secundario, la serie de compuestos se denomina cetonas. Aquí el grupo funcional está unido a dos grupos hidrocarbonados, ya sean alifáticos, aromáticos o mixtos. La más sencilla de las cetonas es la propanona o acetona. O ‼ CH3 – C – CH3 En general los aldehídos y las cetonas presentan la fórmula condensada: CnH2nO, es decir, que estos compuestos son isómeros. Muchas de las propiedades de los aldehídos cetonas son semejantes debido al grupo carbonilo. Sin embargo, el carbonilo de los aldehídos contiene además un hidrógeno, mientras que el de las cetonas está unido a dos radicales. H R’ C= O R

Aldehído

C= O R

Cetona

Esta diferencia estructural hace que algunas propiedades sean distintas: • Los aldehídos se oxidan con facilidad, mientras que las cetonas no. • Los aldehídos son más reactivos en las adiciones nucleofílicas. Preparación. Tanto los aldehídos como las cetonas se pueden obtener por: 1. Oxidación de alcoholes. La oxidación de un alcohol primario produce un aldehído. La oxidación de alcoholes secundarios produce cetonas. 2. Hidratación de alquinos. Utilizando como catalizador H2SO4 pueden formarse tanto aldehídos como cetonas. 3. Reducción de cloruros de ácidos. Se obtienen aldehídos aromáticos o alifáticos.

50 4. Acilación de Friedel-Crafts. Se obtienen cetonas aromáticas en las que el grupo carbonilo se encuentra unido al anillo aromático. Propiedades Físicas. El formaldehído es gaseoso, hasta C12 son líquidos y del C13 en adelante son sólidos. Las cetonas son líquidas hasta C10 y de ahí en adelante son sólidas. Tanto los aldehídos como las cetonas de bajo peso molecular hasta C4 son solubles en agua, pero esta solubilidad disminuye a medida que aumenta el peso molecular. También son solubles en solventes orgánicos. Los aldehídos de peso molecular bajo tienen olores desagradables, pero a partir de C6 tienen olores agradables. Las cetonas tienen olor agradable.

Propiedades Químicas. 1. Oxidación: Esta reacción permite diferenciar los aldehídos de las cetonas. Se emplean los reactivos de Tollens, de Benedict, de Fehling (reacciona solo con aldehídos alifáticos). Las cetonas no reaccionan. 2. Reducción. a) Los aldehídos pueden reducirse a alcoholes primarios y las cetonas a alcoholes secundarios por hidrogenación catalítica. b) Los aldehídos y las cetonas se pueden reducir a hidrocarburos utilizando HCl concentrado y el zinc como catalizador. c) Aminación reduciendo un aldehído o una cetona en presencia de amoníaco. 3. Reacciones de adición. a) Con el reactivo de Grignard para formar alcoholes. El metanal produce alcohol primario, el resto de los aldehídos dan alcoholes secundarios y las cetonas originan alcoholes terciarios. b) Con cianuro para formar cianohidrinas. c) Con bisulfito. d) Adición de alcoholes para formar acetales. e) Reacción de Cannizaro.

51 Nomenclatura de los aldehídos. 1. Para nombrar los aldehídos se selecciona la cadena más larga que contiene el grupo carbonilo. Luego se nombran cambiando la terminación ano del alcano por al. El grupo carbonilo lleva el número uno; los sustituyentes se indican por el número de posición en la cadena: 4

3

2

1

H3C – CH – CH2 – CHO

3 - metilbutanal

CH3 2. El nombre común de un aldehído se deriva de un ácido carboxílico, reemplazando la terminación oico por aldehído y eliminando la palabra ácido: Acido etanoico

Etanaldehído

H3C – COOH

H3C – CHO

3. Los aldehídos aromáticos en los cuales el grupo funcional se halla unido directamente a la cadena cíclica, se nombran con el sufijo carbonal agregado al nombre de la cadena hidrocarbonada; también se nombran cambiando la terminación del ácido carboxílico correspondiente, por aldehído.

benceno carbonal o benzaldehído 4- metil-benceno carbonal

Benzaldehido

Nomenclatura de las Cetonas. 1. Las cetonas se nombran seleccionando la cadena más larga que contiene el grupo carbonilo indicado por el número más bajo posible y reemplazando la terminación del alcano correspondiente por ona Los demás grupos se indican con los números donde estén ubicados en la cadena. 1

2

3

4

5

6

H3C – CH – CO – CH – CH2 – CH3 CH3 2 – metil – 3 - hexanona 2. Según la nomenclatura común se pueden también nombrar los dos radicales unidos al carbono y se agrega la palabra cetona; si los radicales son iguales se utiliza el prefijo di. H3C – CO – CH3

Dimetilcetona

Si los radicales son diferentes se nombran los radicales en orden de complejidad: H3C – CO – CH2 – CH3 Metil- etil - cetona 3. A veces se usan otros nombres: para la propanona, se usa acetona; para defenil cetona se usa benzofenona y para metil fenil cetona se usa acetofenona.

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OBJETIVOS. 1. Destacar ciertas propiedades particulares de los éteres y sus principales aplicaciones. 2. denominar los ácidos carboxílicos más importantes por sus nombres comunes y mediante el sistema IUPAC. 3. Conocer algunos derivados de los ácidos carboxílicos 4. Describir las propiedades físicas de los ácidos carboxílicos. CONTENIDO. 1. 2. 3. 4. 5. 6.

Qué son éteres? Propiedades de los éteres Clasificación de los éteres Qué son ácidos carboxílicos Propiedades de los ácidos carboxílicos. Como se obtienen los ésteres? 7. Hidrólisis de ésteres.

Estos compuestos se representan por la fórmula general: R – O – R. Se forman tratando un alcohol con un deshidratante fuerte, como el ácido sulfúrico en mezcla crómica o el ácido fosfórico, o por medio de la síntesis de Williamson, que consiste en tratar un haluro de alquilo con un alcoholato. Propiedades de los éteres Son menos polares que los alcoholes y se asemejan más a los hidrocarburos; por esta razón presentan puntos de ebullición y de fusión bajos, son insolubles en agua y poco reactivos. Químicamente son bastante inertes y muy estables frente a bases, agentes reductores y oxidantes. Tienen una polaridad muy débil, esto se debe a que el ángulo de enlace C-O no es de 180º sino de 110º. Tienen olores agradables y punto de ebullición bajo. Son solubles en compuestos orgánicos. Son menos densos que el agua y los éteres inferiores son gases neutros o líquidos volátiles. El compuesto más típico y representativo de este grupo es el dietil éter o éter etílico, de fórmula: C2H5 – O – C2H5.

53 Clasificación de los éteres Los éteres se clasifican como simétricos si los dos radicales son idénticos y asimétricos si los radicales son diferentes. Ejemplos. CH3─ O ─ CH3 (éter simétrico)

CH3 CH2 CH2 ─ O─ CH2 CH3 (éter asimétrico)

Los ácidos carboxílicos constituyen un grupo de compuestos que se caracterizan porque poseen el grupo funcional - COOH, llamado carboxilo. La naturaleza de los ácidos carboxílicos depende del tipo de radical hidrocarbonado que esté unido al grupo carboxílico, así como del número de grupos funcionales presentes; es decir que pueden existir ácidos monocarboxílicos, dicarboxílicos y policarboxílicos. Los radicales hidrocarbonados pueden ser alifáticos, alicíclicos, aromáticos y heterocíclicos. Cuando se habla de ácidos monocarboxíclicos, se suelen denominar también como ácidos grasos en razón a que su mayor ocurrencia está en las grasas y aceites vegetales.

Ácidos Carboxílicos Comunes. Acido propanoico Acido propanodioico Acido butenoico

CH3 - CH2 – COOH HOOC – CH2 – COOH CH2 = CH - COOH

Acido fórmico Acido acético Acido oxálico

HCOOH CH3 – COOH HOOC – COOH

El ácido fórmico se encuentra en las hormigas, el butírico se encuentra en la mantequilla, el acético se encuentra en el vinagre, el palmítico se extrae del aceite de palma, el caproico, el caprílico y el cáprico, se encuentran en la leche de cabra. La mayoría de los ácidos grasos de alto peso molecular, se obtienen a partir de la grasas animales y aceites vegetales. Entre los ácidos carboxílicos no saturados podemos mencionar: Acido oleico CH3(CH2)7CH= CH(CH2)7 – COOH Acido linoléico CH3(CH2)4CH = CH – CH2 – CH = CH(CH2)7COOH Acido linolénico CH3CH2 – CH = CH – CH2 – CH = CHCH2CH = CH(CH2)7COOH Propiedades. Hasta C3 son solubles en agua, luego la solubilidad disminuye, hasta hacerse insoluble los de mayor cantidad de carbonos. El punto de ebullición aumenta gradualmente a medida que aumenta el peso molecular. Hasta el C5 son líquidos móviles; luego hasta el C9, siguen siendo líquidos pero menos fluidos; y del C10 en adelante son sólidos insolubles en agua, pero solubles en solventes orgánicos.

54 En cuanto a sus propiedades químicas, la reactividad de los ácidos se localiza en el grupo –OH, del radical carboxilo, ya sea por sustitución del H o del - OH. De acuerdo con esto, las principales reacciones de los ácidos carboxílicos son: • Formación de sales. • Esterificación: un ácido reacciona con un alcohol para producir un éster. •Formación de anhídridos. •Conversión en haluros de acilo.

Reacciones Químicas La actividad química de los ácidos permite obtener otros compuestos organicos. Muchas de estas reacciones se realizan mediante el ataque de especies nucleofílicas sobre el carbono del grupo carboxilo. a. Formación de cloruros de acilo: se reemplaza el grupo OH por un átomo de cloro. b. Formación de amidas: reaccionan con el amoníaco para producir una sal de amonio que al calentarse pierde agua y forma la amida del mismo número de carbonos que el ácido que reacciona. c. Formación de ésteres: a partir de la reacción de los ácidos con alcoholes, proceso llamado esterificación

Un éster resulta de reemplazar el grupo hidroxilo del ácido orgánico, por un radical alcohilo; en otras palabras, es el producto de las reacciones entre un ácido orgánico y un alcohol. La estructura general de estos compuestos es: O " R - COOR’ ó R – COR’ Los ésteres en general son los componentes principales de aceites, grasas, perfumes, fragancias naturales, resinas o fibras sintéticas. El olor de muchas frutas maduras se debe a la presencia de ésteres; tal es el caso del olor de bananas y peras que se debe al acetato de amilo, CH3 – COO – C5H11; el olor de la piña se debe a la presencia del butirato de metilo, C3H7 – COO- CH3; el sabor de la naranja se debe al acetato de octilo, CH3 – COO – C8H17. Los ésteres se pueden preparar, por la reacción de los ácidos orgánicos con los alcoholes, en presencia de hidrógeno atómico como catalizador. Esta reacción recibe el nombre de esterificación. R – COOH + HO – R’

R – COOR’ + H2O

También se pueden producir a partir de otros derivados de los ácidos, tales como los cloruros de ácido o los anhídridos, con alcoholes.

55 NOMBRE Y FÓRMULA DE ALGUNOS ÉSTERES Formiato de etilo H- COO – C2H5 Acetato de etilo CH3 – COO – C2H5 Benzoato de metilo C6H5COO – CH3 Salicilato de metilo Pentanoato de etilo C4H9COO – C2H5 Butirato de etilo C3H7COO – C2H5

La mayoría de las grasas y aceites, animales y vegetales, están formadas por ésteres. La hidrogenólisis de estas grasas proporciona alcoholes de cadena larga, que se emplean en la fabricación de detergentes. Hidrólisis de Ésteres. Los ésteres son el producto de la reacción entre los alcoholes y los ácidos. Muchos ésteres se encuentran como productos naturales y sirven como fuente para la obtención de ácidos y alcoholes; estos ácidos y alcoholes se obtienen por hidrólisis de los ésteres. R – COO –R’

+

H2 O

R – COOH

+

R’OH

Para lograr una hidrólisis lo más completa posible de un éster, se acostumbra calentarlo con una solución acuosa de hidróxido de sodio o de potasio. En este proceso se obtiene el alcohol y la sal metálica del ácido que ya no puede reaccionar con el alcohol para regenerar el éster. CH3COOCH3

+ NaOH

CH3COONa

+ CH3OH

La hidrólisis alcalina se conoce generalmente como saponificación, ya que es el proceso empleado en la fabricación de jabón a partir de grasas, las grasas son ésteres del glicerol, con ácidos de cadena larga (ácidos grasos). La saponificación de la miristina, grasa obtenida del aceite de coco, produce glicerol y ácido mirístico en forma de su sal sódica. El miristato de sodio es un jabón, es decir, la sal de un metal en forma de catión y un ácido graso en forma de anión carboxilato.

56

OBJETIVOS 1. 2. 3. 4.

Conocer la estructura de las aminas y amidas. Clasificar las aminas según el número de hidrógenos sustituidos en el amoniaco. Describir las propiedades físicas de las aminas. Mencionar algunos compuestos que contienen el grupo amino.

CONTENIDO. 1. 2. 3. 4.

Qué es una amina? Clasificación de las aminas. Propiedades de las aminas. Aminas importantes

QUE ES UNA AMINA? Existe en la naturaleza una serie de compuestos que presentan en su estructura química, como característica común, por lo menos un átomo de nitrógeno, que se constituye en el núcleo del grupo funcional de estos compuestos, razón por la cual se denominan, en conjunto, funciones nitrogenadas. Estas funciones son: aminas, amidas, nitrilos y carbilaminas. Las amidas y los nitrilos se consideran derivados de los ácidos carboxílicos; las aminas por su parte provienen del remplazo de uno o más nitrógenos del amoníaco por grupos alquílicos, arílicos o cicloalquílicos. De acuerdo con su origen, las aminas se pueden considerar como bases orgánicas. CLASIFICACIÓN DE LAS AMINAS De a cuerdo al número de grupos agregados al nitrógeno, las aminas se pueden clasificar en: * Primarias, si solo se remplazó un hidrógeno del amoníaco. * Secundarias, si se reemplazaron dos hidrógenos. * Terciarias, cuando se remplazan los tres átomos de hidrógeno del amoníaco. R – NH2 Amina primaria

R2 – NH Amina secundaria

R3 – N Amina terciaria

Se puede decir también que son primarias las aminas que llevan el radical - NH2 - (amino); secundarias, las que llevan el radical – NH (imino); terciarias las que llevan el radical – N – (nitrógeno terciario).

57 Aminas primarias:

CH3 – CH2 – NH2

Aminas secundarias: CH3 – NH – CH2 – CH3 Aminas terciarias: CH3 - N – CH3

C6H5NH2 C6H5NH – CH3 - N – CH3

CH3

CH3

Propiedades. Debido a la electronegatividad del nitrógeno, las aminas son compuestos polares, especialmente las primarias, lo que permite las asociaciones intermoleculares a través de puentes de hidrógeno. Todas las aminas forman puentes de hidrógeno con el agua, por lo cual son solubles en agua, sobre todo las inferiores; igualmente son solubles en alcohol, éter y benceno. Aminas Importantes. Metilamina Etilamina Dietilamina Piridina

CH3NH2 CH3CH2NH2 (CH3CH2)2N

Trietilamina Etilendiamina

(CH3CH2)3N H2NCH2CH2NH2

Anilina

N

‫׀‬ NH2

Las amina alifáticas tienen un fuerte olor a pescado en descomposición; las metil y etil aminas huelen a amoníaco; las aromáticas no tienen olor fuerte y son tóxicas. Las metilaminas son gaseosas; desde las etilaminas hasta las nonilaminas son líquidos incoloros; de allí hacia las aminas superiores, son sólidos incoloros de muy bajos puntos de fusión. La característica química más importante de las aminas es su basicidad, derivada del carácter básico del amoníaco por lo que reaccionan con ácidos inorgánicos y orgánicos para formar sales. Las aminas primarias y secundarias se combinan con reactivos de acilación, tales como los cloruros de ácido, para producir amidas. La cafeína, es el alcaloide del café, el té, el cacao y otras plantas. También la contienen la mayoría de los refrescos de cola. Se descubrió en las semillas del café en 1820.

58 Existen numerosos compuestos naturales que contienen la función amina y que son muy importantes para la vida:

Adrenalina Hormona estimulante del sistema nervioso

Norepinefrina Hormona estimulante del sistema nervioso

59

Otros son perjudiciales: Los aminoácidos se unen entre sí para formar cadenas de longitud variable, algunas muy largas y complejas, resultando las proteínas, esenciales para todo ser vivo:

60

R (nombre)

Estructura

R (nombre)

CH(CH3)2 (Valina)

CHOHCH3 (Treonina)

CH2CH(CH3)2 (Leucina)

(CH2)4NH2 (Lisina)

CHMeCH2CH3 (Isoleucina) (Tritófano) CH2Ph (Fenilalanina)

CH2CH2SMe (Metionina)

Estructura

61 Algunos compuestos que contienen el grupo amina pueden obtenerse de extractos de plantas o sintetizarse. Unos son beneficiosos, otros conflictivos y adictivos...

Anfetamina (estimulante)

Mescalina (Alucinógeno extraído del peyote)

Benzedrex (anticongestivo nasal)

Urotropina Hexametilentetramina (Agente antibacteriano)

Nicotina Constituyente del tabaco

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Las amidas tienen como fórmula general R – C O – NH2. Este grupo funcional está formado un grupo carbonilo, C = O, y un grupo amino, NH2 Propiedades. La formamida y otras pocas amidas son líquidas, las demás son sólidas. Sus puntos de ebullición, son bastante altos, debido a los puentes de hidrógeno. Son solubles en alcohol y en éter; las de peso molecular bajo, son solubles también en agua. Las amidas desempeñan un papel fundamental en la formación de proteínas.

La Urea Una Amida Importante. Es la amida derivada del ácido carbónico. Tiene gran importancia por haber sido la primera sustancia orgánica sintetizada en el laboratorio y por constituir el producto final del metabolismo de las proteínas, excretándose en la orina.

Industrialmente, la urea se utiliza en la preparación de fertilizantes, en la manufactura de plásticos y de ciertas drogas.

BIBLIOGRAFÍA 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.

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