Química Orgánica IES La Magd alena. Grupos funcionales ... ?· 1 Química Orgánica Grupos funcionales…

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    21-Sep-2018

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    Qumica Orgnica Grupos funcionales

    con oxgeno o nitrgeno

    IES La Magdalena. Avils. Asturias

    La parte carbonada constituye el esqueleto fundamental de las molculas orgnicas. En esta estructura bsica se pueden insertar tomos distintos del carbono (principalmente oxgeno y nitrgeno) que forman los grupos funcionales con oxgeno o nitrgeno

    Es evidente que la introduccin de tomos tales como el oxgeno o el nitrgeno va a condicionar la aparicin de centros reactivos en las molculas, ya que su elevada electronegatividad va a polarizar los enlaces dando lugar a diversos efectos electrnicos que caracterizarn la reactividad del grupo.

    Grupos funcionales que contienen oxgeno: (R o R' indican radicales de alquilo)

    Alcohol. El grupo funcional caracterstico es el grupo hidroxilo, - OH, que puede sustituir a uno de los hidrgenos unidos al carbono: R-CH2OH.

    ter. El grupo funcional de los teres est constituido por un tomo de oxgeno enlazado a dos radicales de alquilo: R-O-R'

    Grupos funcionales que contienen nitrgeno: (R o R' indican radicales de alquilo)

    Amina. El grupo funcional caracterstico es el grupo amina , - NH2 , que puede sustituir a uno de los hidrgenos unidos al carbono: R-NH2

    - C - O

    Aldehdo o Cetona. El grupo funcional es el carbonilo: un oxgeno unido mediante un doble enlace al carbono.

    R- C -H O Si la sustitucin se realiza en un carbono de final de cadena, prima-

    rio, (-CH3 ) el compuesto es un aldehdo.

    R- C -R'

    O Si la sustitucin se hace en un carbono secundario (-CH2-), tendre-

    mos una cetona.

    Acido. El grupo funcional es el carboxilo: combinacin de un grupo carbonilo y un hidroxilo sobre un carbono final de cadena (primario) R- C - OH

    O

    ster. El grupo funcional es el ster: un grupo carboxilo en el que el hidrgeno se ha sustituido por un radical de alquilo R- C - O-R'

    O

    R - C N Nitrilo. El grupo funcional es el nitrilo, en el que un nitrgeno se une mediante triple enlace a un carbono (primario).

    Amida. El grupo funcional es el amida, en el que el grupo hidroxilo de un cido se sustituye por un grupo amina. R- C - NH2

    O

    Cadena carbonada

    Grupo funcional (cido). El O est representado en color rojo

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    Grupos funcionales con oxgeno o nitrgeno Grupo funcional: - OH (hidroxilo). Presentan isomera de posicin Los alcoholes resultan de la sustitucin de uno o ms tomos de hidrgeno de un hidrocarburo por grupos hidroxilo (-OH). Si la sustitucin tiene lugar en un hidrocarburo aliftico se obtienen los alcoholes propiamente dichos y si es aromtico se obtienen los fenoles.

    Los alcoholes se pueden clasificar en primarios, secundarios o terciarios en funcin de que el grupo -OH se encuentre unido a un carbono primario, secundario o terciario:

    Nomenclatura

    Se nombran aadiendo la terminacin ol al hidrocarburo correspondiente.

    El grupo alcohol tiene preferencia sobre las insaturaciones. La cadena, por tanto, se numera de forma que los grupos -OH tengan los nmeros ms bajos posibles.

    La posicin del grupo -OH se indica (si es necesario) mediante un localizador. Los localizado-res se colocan inmediatamente antes de la terminacin caracterstica del compuesto (-ol).

    Cuando en la molcula hay grupos con prioridad (aldehidos, cidos...) el grupo OH se nombra como sustituyente con la palabra HIDROXI

    Ejemplos:

    Alcohol: R-CH2OH ter: R-O-R'

    Cetona: R-CO-R' Aldehido: R-COH cido: R-COOH ster: R-COO-R'

    Amina: R-NH2 Nitrilo: R-CN

    Amida: R-CONH2

    Alcoholes

    CH2OH CH3 CH3

    OH

    CH3

    CH CH3 CH3

    OH

    C CH3

    Alcohol primario Alcohol secundario Alcohol terciario

    CH2OH CH3 Etanol. Alcohol etlico

    CH3OH Metanol. Alcohol metlico CH3

    OH

    CH CH3 propan-2-ol

    CH3 OH

    CH CH3

    4-bromopentan-2-ol

    CH CH2

    Br

    CH2OH

    OH

    CH CH3

    propano-1,2-diol

    fenol 3-metilfenol m-metilfenol 2-bromo-3-metilfenol

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    Grupo funcional: R -O-R' (ter). En los teres un tomo de oxgeno enlaza dos radicales de alquilo: R-O-R'

    Los teres se pueden considerar derivados de los hidrocarburos por sustitucin de un hidrgeno por el radi-cal -O-R (alcoxi), o bien derivados de los alcoholes si consideramos que el hidrgeno del grupo hidroxilo se ha sustituido por un radical de alquilo.

    Si los dos radicales de alquilo son iguales se dice que el ter es simtrico y si son diferentes, asimtrico.

    Nomenclatura

    Se nombran los radicales (por orden alfabtico) unidos al tomo de oxgeno seguidos de la pa-labra ter.

    Ejemplos:

    Grupo funcional: (carbonilo).

    Aldehdos

    En los aldehdos el grupo carbonilo se encuentra en un carbono primario:

    Nomenclatura:

    Los aldehdos tienen preferencia sobre cetonas, alcoholes, teres e insaturaciones, por lo que la cadena se empieza a numerar por el extremo en que se encuentra el grupo carbonilo.

    Se nombran cambiando la terminacin del hidrocarburo por -AL

    Ejemplos:

    CH3 CH2

    teres

    CH3 O

    dietil ter ter

    CH3 CH3 CH2

    etil metil ter

    O CH3 CH2

    etil fenil ter

    Aldehidos y cetonas

    HC HCHO O

    H CH3-C

    O

    H CH3-CHO CHO CH CH3

    CH3 metanal

    formaldehdo etanal

    acetaldehdo 2-metilpropanal

    CH= CH3 CHO CH CH

    CH3 2-metilpent-3-enal

    CHO

    benzaldehdo

    CHO CH CH2OH OH

    2,3-dihidroxipropanal gliceraldehdo

    R- C -H O R- C -R'

    O

    - C -

    O

    El grupo carbonilo consta de un oxgeno unido mediante un doble enlace al carbono. Puede estar situado en un carbono primario o en uno secundario

    Los alcoholes y los teres presentan isomera de funcin ya que pueden presentar la misma frmula emprica y tienen distinto grupo funcional (distinta funcin qumica)

    O

    CH3 CH3 O

    CH2OH CH3 etanol

    dimetil ter

    R- C -H O

    CH2

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    Cetonas

    En las cetonas el grupo carbonilo se encuentra en un carbono secundario:

    Nomenclatura:

    Las cetonas tienen preferencia sobre alcoholes, teres e insaturaciones, por lo que la cadena se numera de tal forma que el grupo carbonilo tenga el nmero ms bajo posible

    Se nombran cambiando la terminacin del hidrocarburo por - ONA o nombrando los radicales unidos al grupo carbonilo (por orden alfabtico) seguidos de la palabra CETONA

    Ejemplos:

    Grupo funcional: (carboxilo).

    La funcin cido se caracteriza por la relativa facilidad con la que el hidrgeno del grupo carboxilo (hidrge-no cido) puede ser sustituido por metales para formar sales o por radicales de alquilo para formar steres.

    Nomenclatura:

    Los cidos tienen preferencia sobre todas las funciones orgnicas por lo que la cadena se em-pieza a numerar por el extremo en que se encuentra el grupo carboxilo.

    Se nombran con la palabra cido y cambiando la terminacin del hidrocarburo por - OICO o por - ICO

    Ejemplos:

    - C -

    O CH3 CH3 CH2 - C -

    O CH3 CH3

    propanona dimetil cetona

    acetona

    - C -

    O

    CH3 CH3 CH2 CH2

    butanona etil metil cetona

    pentan-2-ona

    metil propill cetona

    - C -

    O CH3 CH3 CH

    CH3

    3-metilbutanona

    - C -

    O

    CH3 CH3 CH CH2 OH

    3-hidroxipentanona

    - C -

    O

    CH3

    fenil metil cetona acetofenona

    R- C -R' O

    Los aldehdos y las cetonas presentan isomera de funcin, no de posicin, ya que aunque ambos tienen el grupo carbonilo, la funcin aldehdo y la funcin cetona se consideran diferentes.

    cidos carboxlicos y sus sales

    O R - C

    OH

    O CH3 - C

    OH CH3-COOH

    cido etanoico cido actico

    H - C O

    OH HCOOH

    cido metanoico cido frmico

    CH3-CH2-COOH

    cido propanoico cido propinico

    CH3-CH2-CH2-COOH

    cido butanoico cido butrico

    HOOC-COOH

    cido etanodioico cido oxlico

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    Si la funcin cido se localiza en un ciclo, o existen varios grupos cido en una molcula, se pueden considerar a los grupos carboxlicos como sustituyentes del hidrocarburo, nombrndolos con la palabra CARBOXLICO.

    Las sales de los cidos orgnicos resultan de la sustitucin del hidrgeno cido (el del grupo car-boxlico) por un metal. Se nombran cambiando la terminacin ICO del cido por ATO, caracterstica de las sales.

    Ejemplos:

    Grupo funcional:

    Los steres resultan al sustituir el hidrgeno cido de los cidos por un radical de alquilo.

    Nomenclatura:

    Se nombran cambiando la terminacin ICO del cido por ATO, seguido del nombre del radical que sustituye al tomo de hidrgeno

    Ejemplos:

    En los haluros de cido se sustituye el OH de los cidos orgnicos por un halgeno:

    COOH

    cido benzoico

    COOH

    OH

    cido 2-hidroxibenzoico cido saliclico

    CH3-C=CH-COOH

    CH3

    cido 3-metilbuten-2-oico

    COOH

    cido ciclopentanocarboxlico

    HOOC-CH2-CH-CH2-COOH

    COOH

    cido 1,2,3-propanotricarboxlico

    etanoato de sodio acetato de sodio

    NaCH3-COO Ca(HCOO)2 metanoato de calcio formiato de calcio

    NH4CH3CH2COO

    propanoato de amonio

    steres

    O R - C

    OR'

    O

    OCH3

    CH3-COOCH3

    etanoato de metilo acetato de metilo

    CH3 - C

    COOCH2-CH3

    benzoato de etilo

    COOCH3

    OH

    2-hidroxibenzoato de metilo salicilato de metilo

    O

    Cl

    CH3-COCl

    cloruro de acetilo

    CH3 - C COBr

    bromuro de benzoilo

    ibuprofeno

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    Grupo funcional:

    Las aminas pueden considerarse derivados del amoniaco (NH3) al sustituir sus hidrgenos por radi-cales de alquilo. Segn el nmero de hidrgenos sustituidos podemos tener aminas primarias, secundarias o terciarias:

    Nomenclatura:

    Las aminas primarias se nombran anteponiendo el nombre del radical de alquilo a la palabra AMINA

    Ejemplos:

    Las aminas secundarias y terciarias se nombran tomando como amina el radical ms complejo y los otros, considerados sustituyentes, se nombran anteponiendo una N- a los nombres de los ra-dicales correspondientes. Si uno de los radicales es el fenilo, en general, se toma la anilina como amina base.

    Ejemplos:

    Cualquier funcin oxigenada tiene preferencia sobre las aminas (por ejemplo los cidos). Cuando la funcin amina est como radical se nombran como AMINO.

    Aminas

    NH2

    fenilamina anilina

    R- NH2

    R-NH2

    Amina primaria

    R- NH - R'

    Amina secundaria

    R- N - R'

    R''

    Amina terciaria

    H3C-NH2

    metilamina

    H3C- CH2-NH2

    etilamina

    NHCH3

    N-metilanilina

    H3C-NH-CH2-CH3

    N-metiletilamina

    H3C- CH2-NH2

    etil amina

    H3C-N-CH2-CH3

    CH2- CH2-CH3

    N-etil-N-metilpropilamina

    CH3-CH-COOH

    cido 2-aminopropanoico alanina

    NH2

    CH3- CH -CH2 -CH-COOH

    NH2 CH3

    cido 2-amino-4-metilpentanoico leucina

    CH3- CH2 - CH -CH-COOH

    NH2 CH3

    cido 2-amino-3-metilpentanoico isoleucina

    La efedrina es una amina a partir de la cual se sintetizan las anfetaminas

    Efedrina Anfetamina

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    Grupo funcional: Los nitrilos o cianuros podemos considerarlos derivados del cido cianhdrico (HCN) al sustituir el H por radicales de alquilo (cianuros de alquilo) o como derivados de los hidrocarburos al sustituir un tomo de hidrgeno por el grupo -CN (ciano).

    Nomenclatura: Se pueden nombrar de tres formas distintas:

    Como derivados de los hidrocarburos: aadiendo la palabra NITRILO al nombre del hidrocarburo con igual nmero de tomos de carbono (incluyendo el carbono del grupo CN)

    Como derivados del cido cianhdrico (HCN): palabra cianuro seguida del nombre del radical de alquilo que sustituye al hidrgeno cido.

    Considerando que los cidos carboxilicos pueden obtenerse a partir de los nitrilos por hidrlisis

    (RCN + H2O R-COOH) los nitrilos se pueden nombrar cambiando la terminacin ico del cido de igual nmero de tomos de carbono (incluyendo el del grupo CN) por NITRILO.

    Solo los cidos y sus derivados tienen preferencia sobre los nitrilos. Cuando el grupo nitrilo se nombra como sustituyente se nombra como CIANO

    Grupo funcional: Las amidas se consideran derivados de los cidos carboxlicos en los que se ha sustituido el grupo OH del grupo carboxlico por un grupo -NH2 Nomenclatura:

    Se nombran cambiando la terminacin oico o ico de los cidos por AMIDA

    Nitrilos

    R - C N

    H3C-CN

    etanonitrilo

    H3C- CH2-CN propanonitrilo

    H3C-CN

    cianuro de metilo

    H3C- CH2-CN

    cianuro de etilo

    CN

    cianuro de fenilo

    H3C-CN

    acetonitrilo

    CN

    benzonitrilo

    H3C- CH-COOH

    cido-2-cianopropanoico

    CN

    Amidas

    R- C - NH2 O

    O

    NH2

    CH3-COONH2

    acetamida

    CH3 - C H - C O

    NH2 HCOONH2

    formamida

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    Si consideramos una molcula (ver figura) en la que el carbono se une a cuatro sustituyentes distintos observamos que su imagen especular no es idntica a la molcula original ya que ambas no son su-perponibles. Se dice que la molcula es quiral.

    Para que una molcula sea quiral debe de tener un carbono asimtrico o carbono estereognico. Esto es, un carbono unido a cuatro grupos distintos. Cuando una molcula es quiral se dice que presenta isomera ptica o esteroisomera y los ismeros pticos que son imgenes especulares uno del otro reciben el nombre de enantiomorfos.

    Aunque los enantiomorfos por separado presentan actividad ptica (desvan el plano de polarizacin de la luz determinados grados, un ismero a la derecha y el otro a la izquierda), si preparamos una mezcla equi-molecular de ambos, la mezcla ser pticamente inactiva (no desviar el plano de polarizacin de la luz), ya que la desviacin causada por las molculas de uno de los ismeros es compensada por las del otro ismero. Tenemos entonces una mezcla racmica, inactiva pticamente por compensacin externa.

    Isomera ptica

    La molcula original y su imagen especular no son idnticas (no son superponibles)

    Molcula original Imagen especular Espejo

    Molcula original

    Imagen especular

    La molcula y su imagen especular tienen propiedades fsicas (puntos de fusin y ebullicin, densidad... etc) idnticas, dife-rencindose nicamente en su comportamiento frente a la luz polarizada, ya que una de las formas desva el plano de polarizacin en un sentido y la otra en sentido contrario

    Con el fin de facilitar la representacin en el plano se utilizan las proyecciones de Fischer.

    Si nos imaginamos a la molcula situada frente a nosotros (ver imagen), dos de los sustituyentes enlazados al carbono quedarn situados por en-cima del plano del papel (azul y verde) y los otro dos (amarillo y rojo), por detrs. Si los proy

    ectamos sobre el plano quedarn en la forma en que se muestra en la imagen situada debajo, en la que se puede observar la relacin especular entre ambas formas.

    Las proyecciones de Fischer pueden ser rotadas o trasladadas en el plano, pero no se pueden efectuar rotaciones que impliquen que los tomos se salgan del plano del papel. Observar que los carbonos no se representan y estn situados en la interseccin de las lneas horizontales y verticales.

    Proyecciones de Fischer de las molculas situadas en la imagen superior

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    Los ismeros pticos se distinguen incluyendo entre parntesis un signo positivo que indica que la desvia-cin del plano de polarizacin se realiza hacia la derecha (forma dextrgira) o negativo, hacia la iz-quierda (forma levgira). Fischer tom como referencia en sus estudios la molcula de gliceraldehdo (2,3-dihidroxipropanal) y asign la letra D a la que tiene el grupo OH a la derecha y la letra L a la que tiene el grupo OH a la izquierda. Los smbolos D y L, por tanto, hacen referencia a la disposicin de los grupos OH en el gliceraldehdo, no al carcter dextrgiro o levgiro de las molculas (que se indica con el signo + -)

    Las molculas que tengan ms de un carbono asimtrico requieren una nueva discusin. El cido tartrico (2,3-dihidroxibutanodioico), por ejemplo, posee dos carbonos asimtricos, por lo que da lugar a cuatro ismeros (en general si n es el nmero de carbonos asimtricos, tendremos 2n ismeros) que se muestran en la figura

    I y II son enatiomorfos (imgenes especulares), lo mismo que III y IV.

    I y III, por ejemplo, son ismeros, pero no enantiomorfos. Los ismeros pticos que no son imgenes especulares reciben el nombre de diasteroismeros. Las formas III y IV son pticamente inactivas ya que poseen un plano de simetra y la actividad levgira de una parte queda compensada con la dextrgira de la otra. Son las llamadas formas meso, que son pticamente inactivas por compensacin interna.

    H

    CHO

    CH2OH

    OH H

    CHO

    CH2OH

    OH

    D(+) gliceraldehdo L(-) gliceraldehdo

    CH2OH

    H OH

    H OH

    H OH

    H OH

    CHO

    D(+) glucosa

    CH2OH

    H OH

    H OH

    H

    H OH

    CHO

    OH

    L(-) glucosa

    Los smbolos D y L hacen referencia a la disposicin de los grupos OH tomando como referencia el gliceraldehdo

    I

    H

    COOH

    COOH

    OH

    H OH H

    COOH

    COOH

    OH H

    OH H

    COOH

    COOH

    OH H

    OH H

    COOH

    COOH

    OH H

    OH

    II

    III

    IV

    cido L(+) tartrico

    H

    COOH

    COOH

    OH H

    OH H

    COOH

    COOH

    OH H

    OH

    cido D(-) tartrico

    H

    COOH

    COOH

    OH

    H OH H

    COOH

    COOH

    OH H

    OH

    Formas meso (pticamente inactivas)

    Plano simetra

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