Química Orgánica General

Transcripción

1 Química rgánica General Dra. Maribel Plascencia Jatomea Departamento de Investigación y Posgrado en Alimentos, DIPA Laboratorio de Microbiología y Micotoxinas 3 er piso, Edificio 5P Dr. Manuel Sánchez Lucero mplascencia@guayacan.uson.mx

2 Capítulo 4: Nomenclatura y estructura de derivados oxigenados y nitrogenados. Derivados oxigenados. Grupo carbonilo. Derivados nitrogenados.

3 Derivados oxigenados (D) de los hidrocarburos Compuestos orgánicos cuyas moléculas existen grupos funcionales que contienen átomos de oxígeno. Compuestos oxigenados más importantes: Alcoholes Éteres y fenoles. Aldehídos. Cetonas. Ácidos carboxílicos. Ésteres.

4 Compuestos oxigenados naturales Lípidos: grasas y ceras, terpenos, esteroides. Carbohidratos: triosas, aldotetrosas, aldopentosas, aldohexosas, cetosas. Carbohidratos diméricos y poliméricos.

5 Derivados nitrogenados (DN) de los hidrocarburos El nitrógeno tiene la capacidad de formar enlaces sencillos, dobles y triples con los átomos de carbono, lo que determina que sean varios los grupos funcionales nitrogenados posibles. Derivados nitrogenados más importantes: Amidas. Nitrilos. Aminas. Nitrocompuestos.

6 Compuestos nitrogenados de origen natural Aminoácidos. Polipéptidos. Alcaloides. Ácidos nucleicos (DNA, RNA). Aminocarbohidratos.

7 D: Alcoholes C H This is the functional group of an alc Derivados de los hidrocarburos en los que se ha sustituido uno o más átomos de hidrógeno por el grupo hidroxilo (H). Para nombrarlos se sustituye la terminación -o del hidrocarburo del que proceden por ol. Pueden representarse en forma estructural de dos maneras: 1. Como derivados alquilo del agua. 2. Como hidroxi derivados de los alcanos. CH 3 CH 3 Etano Ethyl group Grupo etilo H 2 CH 3 C 109 o 105 o H Hydroxyl group Ethane Ethyl alcohol Water (ethanol) Alcohol etílico (etanol) Grupo hidróxido H H Agua

8 Al numerar la cadena principal se comienza por un extremo, de forma que al grupo H le corresponda el número más bajo posible: Si en la molécula hay más de un grupo H (polialcoholes), se utiliza la terminación -diol, -triol, etc., indicando con números la posición de los grupos H. Cuando la función alcohol no es prioritaria, se nombra con el prefijo hidroxi- indicando delante su posición en la cadena.

9 Dependiendo del carbono al cual se encuentre unido el grupo H, los alcoholes se clasifican en tres grupos: 1, 2 y 3. H 1 o Carbon H H C H H C H H CH 2 H Ethyl alcohol (a 1 o alcohol) Geraniol Benzyl alcohol (a 1 o alcohol with the odor of roses) (a 1 o alcohol) Geraniol (un alcohol 1 con aroma a rosas)

10 2 o Carbon H H H H C C C H H H H Isopropyl alcohol (a 2 o alcohol) H Ý H Menthol (a 2 o alcohol found in pepermint oil) Mentol (un alcohol 2 encontrado en la esencia de menta)

11 CH 3 H 3 o Carbon H H H 3 C CH 3 C H CH 3 tert-butyl alcohol (a 3 o alcohol) H H Norethindrone (an oral contraceptive that contains a 3 o Noretisterona (anticonceptivo oral que contiene un grupo de alcohol 3 lo mismo que una cetona y enlaces dobles y triples C-C. alcohol group, as well as a ketone group and carbon-carbon double and triple bonds)

12 D: Éteres C C H 2 C CH 2 Ethylene oxide T Compuestos formados por dos radicales alifáticos o aromáticos unidos por un puente de oxígeno. The functional of an ether Two c R R' or R R General formula for an ether H 3 C 110 o H 3 C Dimethyl ether (a typical ether) Dimetil éter (un éter clásico) C C H 2 C CH 2 Ethylene oxide Tetrahydrofuran (THF) Óxido de etileno Tetrahidrofurano (THF) The functional of an ether Two cyclic ethers Dos éteres cíclicos

13 Se nombran anteponiendo a la palabra éter la denominación de los dos radicales ordenados alfabéticamente. Si los radicales son idénticos, se utiliza el prefijo di-. R R' or R R General formula for an ether H 3 C 110 o H 3 C Dimethyl ether (a typical ether)

14 D: Fenoles Derivados del benceno en el que se han sustituido uno o más átomos del anillo por grupos H. Se nombran como los alcoholes o como los derivados del benceno, utilizando el prefijo hidroxi-.

15 D: Aldehídos Compuestos que poseen el grupo funcional CH. Tanto aldehídos como cetonas contienen el grupo carbonilo: C The carbonyl group R C H R may also be H Un átomo de carbono está unido a un átomo de oxígeno por medio de un doble enlace, y a un átomo de hidrógeno. C C H H H 3 C H Formaldehyde Acetaldehyde C C 6 H 5 H Benzaldehyde C C 6 H 5 H trans-cinnamaldehyde (presente in en cinnamon) la canela) Formaldehído Acetaldehído Benzaldehído trans-cinamaldehído

16 Se nombran sustituyendo la terminación -o del hidrocarburo del que proceden por el sufijo -al. Se empieza a numerar la cadena principal por el extremo donde se encuentra el grupo aldehído. Si en el compuesto hay otros grupos funcionales con prioridad sobre el aldehído, a éste se le considera un sustituyente y se le nombra con el prefijo formil-.

17 D: Cetonas R C R or R C R' or R 1 C R 2 Las cetonas contienen el grupo funcional C. Este grupo está unido a dos radicales que pueden ser iguales o diferentes. C H 3 C CH 3 Acetone Acetona C H 3 CH 2 C CH 3 Ethyl methyl ketone Etil metil cetona Carvone (from spearmint) Carvona (de la hierbabuena)

18 Se nombran sustituyendo la terminación -o del hidrocarburo correspondiente por el sufijo -ona. La posición del grupo carbonilo se indica, si es necesario, anteponiendo al nombre un número que indique su posición en la cadena. La numeración de la cadena principal se hace de forma que al átomo de carbono cetónico le corresponda el número más bajo: Cuando la función cetona no es prioritaria, se emplea el prefijo oxo- para designar al grupo carbonilo.

19 D: Ácidos carboxílicos R C or H RC 2 H or RCH Los ácidos carboxílicos son compuestos que tienen en su molécula el grupo carboxilo CH. En forma coloquial, los ácidos carboxílicos reciben el nombre de ácidos orgánicos. Ejemplos: nzoic acid C or C 6 H 5 C 2 H or C 6 H 5 CH H Ácido benzoico Es un conservador que se utiliza tanto como ácido, como en sus sales de sodio, de potasio o de calcio. Éstos sólo se pueden utilizar para conservar alimentos con un ph ácido y protege contra mohos y fermentaciones no deseadas.

20 Ácido fórmico H C H or HC 2 H or HCH El ácido fórmico es un líquido irritante que producen las hormigas. La punzada del piquete de hormiga es, en parte, producto del ácido fórmico que inyectan bajo la piel.

21 Ácido acético H 3 C C or CH 3 C 2 H or CH 3 CH H El ácido acético se produce cuando ciertas bacterias actúan sobre el alcohol etílico del vino y hacen que el aire lo oxide. Es la sustancia a la que se debe el sabor agrio del vinagre.

22 Se nombran como el hidrocarburo correspondiente del mismo número de átomos de carbono sustituyendo la terminación -o por el sufijo -oico y añadiendo el término ácido. Algunos de estos compuestos tienen nombres específicos. Cuando se trata de ácidos derivados de hidrocarburos cíclicos o aromáticos se utiliza la terminación -carboxílico.

23 D: Ésteres R C or RC 2 R' or RCR' R' Los ésteres son compuestos que se forman por sustitución del grupo H de un ácido carboxílico por un grupo R. H 3 C C R' or CH 3 C 2 CH 2 CH 3 or CH 3 CCH 2 CH 3 Éter específico llamado acetato de etilo H 3 C C + HCH 2 CH 3 H 3 C C + H CH 2 CH 3 Acetic acid Ethyl alcohol Ethyl acetate H 2

24 Se nombran cambiando la terminación -oico del ácido del cual proceden por -oato seguido del nombre del radical. propanoato de fenilo (que deriva del ácido propanoico) Cuando el grupo éster no es el grupo funcional principal, se le considera un sustituyente y se nombra con el sufijo - alcoxicarbonil.

25 Los ésteres pueden ser hidrolizados en medio básico para formar jabones:

26 Aplicaciones de los ésteres acetato de celulosa ácido acetilsalicílico Trinitroglicerina (explosivo) PET, poli(etilen-tereftalato). Se produce por la polimerización del ác. tereftálico con etilenglicol. Se usa en garrafones y películas plásticas, envases para alimentos.

27 DN: Amidas RCNH 2, RCNHR, o RCNR R Las amidas proceden de sustituir el grupo H de un ácido por el grupo amino NH 2 ( NHR o NRR en el caso de amidas sustituidas). H 3 C C H 3 C C H 3 C C NH 2 NHCH 3 NHCH 3 Acetamide N-Methylacetamide CH 3 N,N-Dimethylacetamide Acetamida N-Metilacetamida N,N-Dimetilacetamida Amidas sustituidas N- y N,N- indican que los sustituyentes están unidos al átomo de nitrógeno

28 Se nombran sustituyendo la terminación -oico o -ico del ácido correspondiente por -amida; o de modo equivalente sustituyendo la terminación -o del hidrocarburo del que procede el correspondiente ácido por el sufijo -amida. Si se trata de amidas sustituidas, hay que nombrar además los radicales unidos al nitrógeno, anteponiendo la letra N. Acetamida N-Metilacetamida N,N-Dimetilacetamida Amidas sustituidas

29 Una amida importante es la urea, que se encuentra en la orina de los mamíferos. Se prepara industrialmente a partir de amoníaco y dióxido de carbono a una presión de entre 200 y 400 atm y una temperatura de 200 ºC. Se utiliza como fertilizante y para fabricar plásticos y adhesivos:

30 DN: Nitrilos Se caracterizan por tener el grupo funcional -ciano, -CN. A veces también se les denomina cianuros de alquilo. Son moléculas reactivas de amplia aplicación en síntesis orgánica. Por ejemplo, la hidrólisis de nitrilos en presencia de un ácido fuerte o una base fuerte da lugar a ácidos carboxílicos. Por otra parte, la hidrogenación catalítica de nitrilos permite la preparación de aminas primarias. Etanonitrilo (acetonitrilo)

31 Se nombran añadiendo la terminación -nitrilo al nombre del hidrocarburo de igual numero de átomos de carbono. 2 1 H 3 C C N Ethanenitrile (acetonitrile) Etanonitrilo (acetonitrilo) 4 3 H 3 CH 2 CH 2 C C N Butanenitrile (butyronitrile) 2 1 Butanonitrilo (butironitrilo) H 2 C CH C N H 2 C HCH 2 CH 2 C C N Propenenitrile 4-Pentenenitrile (acrylonitrile) Propenonitrilo (acrilonitrilo) Pentenonitrilo 1

32 Al grupo -C N como sustituyente se le designa mediante el prefijo ciano-.

33 Los nitrilos cíclicos se nombran añadiendo el sufijo carbonitrilo al nombre del anillo al cual está unido el grupo -CN. C N C N Bencenocarbonitrilo Benzenecarbonitrile (benzonitrile) (benzonitrilo) Cyclohexanecarbonitrile Ciclohexanocarbonitrilo

34 DN: Nitrocompuestos Los nitroderivados son compuestos cuyas moléculas poseen el grupo funcional nitro ( N 2 ). Los derivados aromáticos que poseen varios grupos nitro en la molécula se caracterizan por ser bastante inestables termodinámicamente, por lo que se utilizan como explosivos. 2,4,6-trinitrotolueno (T.N.T.)

35 Este grupo funcional siempre se considera un sustituyente del hidrogeno, por lo que se nombran anteponiendo el prefijo nitro- al nombre del hidrocarburo, indicando con un número su posición en la cadena carbonada. 2-nitrobutano

36 DN: Aminas Son derivadas del amoníaco NH 3, mediante sustitución de átomos de hidrógeno por radicales orgánicos. La sustitución de uno, dos o los tres hidrógenos da lugar a aminas primarias, secundarias o terciarias. R N H H A primary (1 o ) amine R N H R' A secondary (2 o ) amine R N R" R' A tertiary (3 o ) amine Ejemplos: H N H R N H C 6 H 5 CH 2 CHCH 3 H 2 NCH 2 CH 2 CH 2 CH 2 NH 2 H H NH 2 Ammonia Una An amina amine Amphetamine Anfetamina Putrescine (a dangerous (estimulante stimulant) peligroso) (found in decaying meat) Amoniaco Putrescina (se encuentra en carnes en descomposición)

37 Metilamina CH 3 NH 2 Es la más sencilla de las aminas alifáticas. Tiene un olor semejante al amoníaco y se encuentra en el pescado y algunos vegetales. Fenilamina (anilina) NH 2 Es la amina aromática más sencilla. Es el producto de partida para la preparación de colorantes.

38 Las aminas se nombran indicando el radical, o radicales, por orden alfabético, y el sufijo -amina. En las aminas secundarias y terciarias, si un radical se repite se utilizan los prefijos "di-" o "tri-", aunque, frecuentemente, y para evitar confusiones, se escoge el radical mayor y los demás se nombran anteponiendo una N para indicar que están unidos al átomo de nitrógeno. N-etil-N-metil-propilamina

39 Cuando las aminas primarias no forman parte de la cadena principal se nombran como substituyentes de la cadena carbonada con su correspondiente número localizador y el prefijo "amino-". ácido-2-aminopropanoico

40 Principales tipos de reacciones químicas de los hidrocarburos con algunos de sus derivados