Compuestos Oxigenados

Universidad Finis Terrae Bioqumica I Facultad de Medicina Escuela de Medicina

Dr. QF. Mario Avila Garrido

11.- COMPUESTOS OXIGENADOS DE LA QUMICA DEL CARBONO

11.1.- Introduccin. ................................................................................. 2 11.2.- Alcoholes. .................................................................................... 2 11.2.1.- Estructura y nomenclatura. ........................................................... 2 11.2.2.- Propiedades fsicas. ..................................................................... 3 11.2.3.- Reacciones qumicas. ................................................................... 4 11.3.- Aldehdos y cetonas. ..................................................................... 6 11.3.1.- Estructura y nomenclatura. .......................................................... 6 11.3.2.- Propiedades fsicas. ...................................................................... 8 11.3.3.- Reacciones qumicas. .................................................................... 8 11.3.4.- Aldehdos y cetonas de especial importancia. ................................. 10 11.4.- cidos carboxlicos. ..................................................................... 10 11.4.1.- Estructura. ................................................................................... 10 11.4.2.- Propiedades fsicas. ...................................................................... 10 11.4.3.- Nomenclatura. ............................................................................... 11 11.4.4.- Reacciones qumicas. ..................................................................... 12 11.4.5.- Algunos cidos carboxlicos importantes. ...................................... 13 11.5.- steres. .......................................................................................... 14 11.5.1.- Estructura y nomenclatura. ............................................................. 14 11.5.2.- Reacciones qumicas de los steres. ................................................ 15 11.6.- teres. ........................................................................................... 16 11.6.1.- Estructura y nomenclatura. ........................................................... 16 11.6.2.- Algunos teres importantes. ......................................................... 17

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11.1.- Introduccin. Los compuestos oxigenados orgnicos son numerosos puesto que el tomo de oxgeno, dada su estructura, permite una gran variedad de enlaces y posibilidades de combinacin. Segn sean los grupos funcionales en los cuales est presente el oxgeno, los compuestos oxigenados se clasifican en alcoholes (R-OH), fenoles (Ar-OH), aldehdos (R-CHO), cetonas (R-CO-R'), cidos carboxlicos (R-COOH), steres (R-COOR') y teres (R-O-R'). Las propiedades de cada uno de estos grupos son totalmente diferentes y en este tema pretendemos dar nicamente una introduccin a cada uno de ellos, destacando su nomenclatura, caractersticas y reacciones ms importantes. 11.2.- Alcoholes. 11.2.1.- Estructura y nomenclatura. Se denomina alcohol a toda aquella sustancia que posea un grupo oxidrilo (OH) unido directamente a un tomo de carbono. Pueden clasificarse en: a) Alcoholes primarios: Se caracterizan porque el carbono unido al grupo -OH est en un extremo de la cadena:

Se nombran igual que el hidrocarburo del que provienen pero con la terminacin -ol. Si el alcohol no es la funcin principal, se nombran con el prefijo hidroxi- con la numeracin correspondiente, por ejemplo:

b) Alcoholes secundarios: La funcin alcohol est en un carbono secundario:

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

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



c) Alcoholes ternarios: La funcin alcohol est en un carbono ternario.

d) Alcoholes aromticos: Los compuestos que llevan el grupo -OH sobre anillos bencnicos monocclicos y bicclicos se llaman respectivamente fenoles y naftoles. Por ejemplo:

11.2.2.- Propiedades fsicas. Los alcoholes de menos nmero de carbono son solubles en agua debido a la polaridad del grupo oxidrilo:

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

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11.2.3.- Reacciones qumicas. En los alcoholes podemos distinguir dos tipos de enlaces:

el enlace R-O y el enlace O-H. Segn cul de los dos se rompa dar lugar a tipos diferentes de reacciones: a) Rotura del enlace O-H: Es el caso menos frecuente. Se produce en presencia de un metal alcalino obtenindose un compuesto inico denominado alcxido. Por ejemplo:

al CH3ONa se le llama metxido sdico. b) Rotura del enlace R-O: Hay varios tipos de ellas. Por ejemplo: i) Sustitucin:

es una reaccin muy empleada para la obtencin de derivados halogenados. ii) Reacciones de deshidratacin en las que se pierde agua durante el proceso:

los agentes deshidratantes ms utilizados son el cido sulfrico (H2SO4), el bisulfato sdico (NaHSO4) y el cido fosfrico (H3PO4).Un ejemplo concreto puede ser:



c) Reacciones de oxidacin con agentes inorgnicos como el ion permanganato o el ion dicromato:

MnO4- , Cr2O7-2 con alcoholes primarios se obtiene el cido correspondiente (pasando por el aldehdo como producto intermedio):

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

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

d) Reacciones de obtencin de alcoholes: i) Hidrlisis de halogenuros de alquilo: Esta reaccin se produce en presencia de catalizadores bsicos:

ii) Hidratacin de alquenos: Estas reacciones estn catalizadas por cidos:

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en esta ejemplo, da igual, pero recuerda que, aplicando la regla de Marcownikoff, el grupo OH se une al carbono ms sustituido. iii) Fermentacin de lquidos azucarados: Por ejemplo, el etanol o alcohol etlico (que es el "alcohol" del lenguaje vulgar), constituyente embriagante de las bebidas alcohlicas, se obtiene por la fermentacin de azcares por la accin de levaduras:

11.3.- Aldehdos y cetonas. Son compuestos orgnicos que tienen un carbono unido con un doble enlace a un oxgeno (grupo carbonilo). Si el carbono es terminal ser un aldehdo y si es un carbono secundario, ser una cetona. 11.3.1.- Estructura y nomenclatura.

a) Los aldehdos tienen la siguiente estructura:

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

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



b) Las cetonas tienen la siguiente estructura:

Se nombran con la terminacin -ona e indicando el nmero del carbono que posee ese doble enlace con el oxgeno. Por ejemplo:

se puede comprender fcilmente que no hay cetonas con un nmero de carbonos inferior a tres:

observa en este compuesto no es necesario especificar en qu carbono est ubicado el carbono que est unido al oxgeno (grupo carbonilo), debido a que si estuviese en los carbonos terminales no sera una cetona y si se sita en cualquiera de los dos compuestos intermedios los compuestos resultantes son idnticos.

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

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

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11.3.2- Propiedades fsicas. Los aldehdos y las cetonas son compuestos generalmente lquidos si tienen bajo peso molecular. En este caso se disuelven muy bien en agua debido a la polaridad del enlace del grupo carbonilo. 11.3.3.- Reacciones qumicas. a) Reacciones de obtencin: Como ya hemos comentado, los aldehdos y las cetonas se obtienen por oxidacin de alcoholes catalizado por agentes qumicos: i) si el alcohol es primario se obtiene el aldehdo correspondiente:

recordemos que en este tipo de reacciones tambin se puede obtener el cido correspondiente.

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

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



se rompe el doble enlace del oxgeno, unindose el oxgeno al hidrgeno y el carbono al resto del grupo. Otro ejemplo sera:

c) Reacciones de condensacin: se verifican en presencia de un catalizador bsico fuerte:

d) Reacciones oxidacin-reduccin: Se observan diferencias entre los aldehdos y las cetonas. i) Mientras que las cetonas son bastante estables a la oxidacin:

ii) los aldehdos son fcilmente oxidables a cidos debido a que los aldehdos son buenos reductores:

Esto sirve para diferenciar los aldehdos de las cetonas, y la prueba de Tollens se basa en esta propiedad. Dicha prueba consiste en mezclar el aldehdo con una disolucin de nitrato de plata en amoniaco (formndose un complejo de plata amoniacal cuya frmula es (Ag(NH3)2)+):

el aldehdo se oxida a cido y la plata se reduce a metal (apareciendo un espejo de plata en las paredes del tubo de ensayo donde se verifica la reaccin). Dicha reaccin no se produce con las cetonas. iii) En contrapartida, la reduccin es sencilla tanto para aldehdos como para cetonas utilizando hidrgeno y un catalizador (platino).

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los aldehdos se reducen a alcohol primario y las cetonas se reducen a alcohol secundario. 11.3.4.- Aldehdos y cetonas de especial importancia.

a) el metanal o formaldehdo: Tambin llamado vulgarmente formol se utiliza como antisptico, como punto de partida para la fabricacin de otros compuestos orgnicos y para la preparacin de resinas sintticas. Las disoluciones de formol tambin se utilizan para conservar y endurecer muestras de tejidos y rganos. Como gas tambin se emplea para desinfectar habitaciones y locales, ya que destruye formas de vida inferiores.

b) La propanona o acetona: Es un lquido incoloro de olor agradable miscible totalmente en agua, metanol y ter etlico. Se utiliza principalmente como disolvente de muchas sustancias orgnicas (pinturas, esmaltes, etc.).

11.4.- cidos carboxlicos. 14.4.1.- Estructura. Se caracterizan por tener un grupo llamado carboxilo (-COOH). Su estructura es:

11.4.2.- Propiedades fsicas. Los cidos de pocos tomos de carbono son solubles en agua y poseen un olor desagradable. Los de ms bajo peso molecular tienen puntos de ebullicin elevados comparados con los que poseen otras sustancias de peso molecular parecido debido a los enlaces por puente de hidrgeno, que hasta incluso hacen que las molculas de cido se puedan dimerizar:

Son, por lo general, cidos dbiles, debido a la facilidad que tienen para desprender protones:



y el anin presenta una estructura resonante en la que los dos enlaces C-O son iguales:

Dicha acidez disminuye a medida que aumenta su peso molecular. Observa los pKa que se dan en la tabla del punto 14.4.3. 11.4.3.- Nomenclatura. Los cidos de ms bajo peso molecular poseen nombres caractersticos muy arraigados que se utilizan con mucha frecuencia:

Frmula Nombre pKa HCOOH Ac. frmico 3'75

CH3 - COOH Ac. actico 4'75 CH3 - CH2 - COOH Ac. propinico 4'87

CH3 - CH2 - CH2 - COOH Ac. butrico 4'81 La IUPAC recomienda nombrarlos con la palabra cido delante y la terminacin -oico. La cadena principal no tiene porque ser la ms larga sino aquella que contiene al grupo carboxilo, y el carbono de este grupo es el numerado como "1" a la hora de nombrar los posibles sustituyentes. Por ejemplo:

Los grupos carboxilo, es evidente que slo pueden situarse en carbonos terminales, por lo que si en una misma molcula hay dos grupos cido, no es necesario especificar dnde se encuentran:

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Tambin los grupos carboxlicos pueden unirse a grupos armaticos. Uno de los ms importantes es el llamado cido benzoico (C6H5COOH):

11.4.4.- Reacciones qumicas. a) Reacciones de formacin de cidos: Por oxidacin de alcoholes primarios y/o aldehdos. Los agentes oxidantes qumicos convierten a los alcoholes primarios en aldehdos y stos ltimos se oxidan fcilmente a cidos:

b) Reacciones de neutralizacin:

c) Reacciones de formacin de steres: Se pueden catalogar tambin como reacciones de neutralizacin actuando el alcohol como una base:



d) Formacin de cloruros de cido:

e) Reacciones de deshidratacin: Dos molculas de cido pierden agua cuando se les somete a fuerte calefaccin dando lugar a lo que se denomina un anhdrido:

f) Reacciones de reduccin: El tratamiento de un cido con ciertos agentes reductores (como los hidruros metlicos complejos), conduce al alcohol primario correspondiente:

11.4.5.- Algunos cidos carboxlicos importantes.

a) cido frmico (HCOOH): Se encuentra en las hormigas y en las ortigas. El dolor de las picaduras de abejas, avispas, medusas, plipos etc. es debida a dicho cido.

b) cido actico (CH3-COOH): Es muy importante industrialmente ya que se emplea para

obtener acetato de celulosa, que se utiliza para la produccin de pelculas fotogrficas y cinematogrficas ininflamables, vidrio inastillable, lacas y barnices. Tambin es el responsable de la acidez del vinagre.

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11.5.- steres. 11.5.1.- Estructura y nomenclatura. Los steres tienen la siguiente estructura:

Son la unin de un cido con un alcohol:

Se nombran citando primero la raz del cido cambiando su terminacin por el sufijo -ato y a continuacin el nombre del radical correspondiente al alcohol. Por ejemplo:

Los steres son compuestos muy difundidos en la naturaleza. Los que provienen de cidos con pocos tomos de carbono forman parte de las esencias de flores y frutas, y son los responsables de su aroma. As, el acetato de isoamilo se encuentra en el pltano, el butirato de amilo en el albaricoque, el acetato de etilo en la pia tropical etc. Los steres de los cidos alifticos lineales de cadena larga constituyen los aceites, grasas y ceras que tanto abundan en los reinos animal y vegetal.



11.5.2.- Reacciones qumicas de los steres. La nica reaccin importante de los steres es su hidrlisis en medio bsico.

a) con agua para dar el cido y el alcohol correspondiente:

como puedes observar, es la reaccin inversa a la formacin de steres, ya que son reacciones de equilibrio. b) con lcalis para dar la sal y el alcohol correspondiente:

Un ejemplo particular de este tipo de reacciones es la llamada saponificacin de grasas. Dicho proceso consiste en la reaccin de hidrlisis de grasas (que son, como ya hemos indicado, polisteres) con lcalis fuertes, para la produccin de cidos grasos y jabn (sal sdica). Por ejemplo:

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11.6.- teres. 11.6.1.- Estructura y nomenclatura. Los teres constituyen una clase de compuestos oxigenados formados por dos radicales hidrocarburos que se unen a travs de un tomo de oxigeno:

El nombre "vulgar" de los teres consiste en nombrar cada uno de los radicales a los que est unido el oxgeno en orden alfabtico, seguido con la terminacin -ter. Si los dos radicales son idnticos (teres simtricos), no es necesario indicar los dos radicales. Por ejemplo:

Segn la IUPAC, se construye el nombre del ter considerando

1. El grupo ms sencillo unido al oxgeno es el grupo alcxido que se nombra igual que el hidrocarburo del que provine terminado en -oxi. Los ms sencillos son:

Grupo Grupo CH3 - O - metoxilo

CH3 - CH2 - O - etoxilo CH3 - CH2 - CH2 - O - propoxilo

CH3 - CH2 - CH2 - CH2 - O - butoxilo C6H5 - O - fenoxilo

2. Nombre del sustituyente ms complejo indicando con un nmero la posicin del carbono unido directamente al oxgeno:



11.6.2.- Algunos teres importantes. El ter etlico, dietilter o simplemente ter (CH3-CH2-O-CH2-CH3) se utiliza como disolvente y como anestsico general completamente satisfactorio. Sin embargo a causa de sus efectos irritantes, hoy en da se utiliza mucho menos que antes con este fin.

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