Tema 3:Aldehídos y cetonas. Tipos. Estructura. Nomenclatura Tema 3:Aldehídos y cetonas. Tipos. Estructura. Nomenclatura. Propiedades físicas y químicas. Usos y aplicaciones. Instituto Superior Carmen Molina de Llano Asignatura: Química Orgánica y Biológica Año: 2016 Carrera: Técnico Superior en Bromatología Bioquímica/Profesora en Cs. Qcas. y del Ambiente : Salerno, Hilda

Compuestos Carbonílicos El grupo funcional más importante en Química Orgánica es el grupo carbonilo. Este grupo se encuentra presente en aldehídos, cetonas, ácidos carboxílicos, ésteres y en alguna otra clase de compuestos. Éstos compuestos orgánicos son importantes en numerosos procesos comerciales e incluso biológicos.

Aldehídos y cetonas Los aldehídos y las cetonas son la clase de compuestos que más se encuentran en estado natural. En la naturaleza, muchas de las sustancias que requieren los organismos vivos son los aldehídos o cetonas. Por ejemplo el aldehído fosfato de piridoxal es un coenzima presente en un gran numero de reacciones metabólicas; las cetona hidrocortisona es una hormona esteroidal que segregan las glándulas suprarrenales para regular el metabolismo de las grasas, las proteínas y los carbohidratos. Hidrocortisona

Aldehídos y cetonas En la industria química, las cetonas y los aldehídos sencillos se producen en grandes cantidades para utilizarse como disolventes y materia primas para preparar una cantidad de otros compuestos, Por ejemplo, en estados unidos se producen anualmente mas de 1,9 millones de toneladas de formaldehido, que unen tablas de conglomerado y madera laminada.

Aldehídos y cetonas La acetona se utiliza ampliamente como un disolvente industrial; en EE.UU se producen aproximadamente 1,2 millones de toneladas al año. El formaldehido se sintetiza industrialmente por la oxidación catalítica del metanol, y un método para la preparación de la acetona involucra la oxidación del 2-propanol. Acetona

Aldehídos y cetonas Catalizador Calor ZnO 380 °C 2-propanol Acetona

Aldehídos y cetonas El formaldehido Es un gas de olor picante. Pto ebullición: -21ºC. Usos: en solución acuosa, se usa como desinfectante y antiséptico. En la conservación de material orgánico En la fabricación de colorantes plásticos, ya que polimeriza fácilmente Acetona: Es un líquido incoloro de olor agradable. Usos:como solvente de acetileno, celuloide, lacas, acetato, etc. Benzaldehído Se lo conoce como esencia de almendras amargas. Se lo utiliza en perfumería y en la fabricación de colorantes.

Aldehídos y cetonas El conocimiento de la estructura de los compuestos carbonílicos (aldehídos o cetonas) nos servirá para entender las propiedades y reactividad del grupo carbonilo. El carbono carbonílico y los tres átomos unidos a él se encuentran en el mismo plano, con ángulos de enlace de aproximadamente 120º. Por su parte, el enlace p se forma por el solapamiento de un orbital p del carbono con un orbital p del oxígeno (ambos átomos están hibridados sp2). La distancia C=O es de aproximadamente 1,24 Å, mientras la longitud del enlace C–O en los alcoholes se aproxima a los 1,43 Å.

Aldehídos y cetonas El carbono del grupo carbonilo presenta una densidad de carga bastante importante que puede atribuirse a ambos efectos electrónicos: el mesomérico del grupo carbonilo, que involucra una estructura con separación de cargas, y el efecto inductivo del oxígeno (tienen el mismo sentido, luego se suman). El efecto mesomérico (o de resonancia) entre átomos del mismo período de la Tabla Periódica, es más intenso que el inductivo entre esos mismos átomos.

Aldehídos y cetonas La primera estructura contribuyente es la más importante porque implica menor separación de cargas, y además en ella todos los átomos tienen el octeto completo. Sin embargo, la segunda estructura contribuyente, aunque menos estable que la primera, es la que explica el relativamente elevado momento dipolar de los aldehídos y las cetonas. De igual manera lo podemos visualizar efectuando el promedio ponderado de las estructuras contribuyentes, que nos da la estructura del hibrido de resonancia, representada a la derecha.

Aldehídos y cetonas

Nomenclatura Aldehídos y cetonas Los aldehídos tienen por lo menos 1 átomo de hidrógeno unido al grupo carbonilo. El grupo restante puede ser otro átomo de hidrógeno o cualquier grupo orgánico. Tienen la fórmula general

Nomenclatura Aldehídos y cetonas El grupo carbonilo siempre se halla en el carbono 1. Para nombrarlos según el sistema IUPAC se utiliza la terminación –al, aunque también es frecuente encontrarlos con el nombre del alcano correspondiente, unido a la palabra aldehído. Con frecuencia se utilizan los nombres comunes que aparecen abajo de los nombres IUPAC. Por ejemplo:

Nomenclatura Aldehídos y cetonas En el caso de que en la molécula existan enlaces dobles o triples (insaturaciones) o sustituyentes, se debe comenzar enumerando desde el carbonilo y luego siguiendo con la cadena que contiene a la instauración o al sustituyente; el orden para nombrarlos es de acuerdo a la complejidad creciente y además indicando el número correspondiente a la insaturación: Un grupo aldehído tiene prioridad sobre un doble enlace o sobre un grupo oxhidrilo.

Nomenclatura Aldehídos y cetonas En las cetonas el átomo de carbono carbonílico está unido a otros dos átomos de carbono (grupos R). Tienen la fórmula general

Nomenclatura Aldehídos y cetonas Según el sistema de la IUPAC, se nombran utilizando la terminación –ona unida al prefijo que indica el alcano correspondiente al número total de carbonos de la cadena. La cadena carbonada se numera de forma que el carbono carbonílico tenga el número más pequeño posible (como ahora tiene dos sustituyentes unidos a él, no se encuentra en el extremo de la cadena). Los nombres comunes de las cetonas resultan de adicionar la palabra cetona a los nombres de los grupos alquilo o arilo unidos al carbono carbonilo. En otros casos se utilizan los nombres tradicionales.

Nomenclatura Aldehídos y cetonas

Propiedades físicas de los aldehídos y las cetonas Con excepción del metanal o formaldehído que es un gas de olor picante, a la temperatura ordinaria la mayor parte de los aldehídos y cetonas son líquidos y los términos superiores son sólidos. Los primeros términos de la serie de los aldehídos alifáticos tienen olor fuerte e irritante, pero los demás aldehídos y casi todas las cetonas tienen olor agradable, por lo que se utilizan en perfumería y como aromatizantes.

Propiedades físicas de los aldehídos y las cetonas Polaridad y puntos de ebullición: Los aldehídos y las cetonas son compuestos polares debido a que el grupo carbonilo es un grupo polar. Por lo tanto, los puntos de ebullición de estos compuestos son más elevados que los correspondientes a los hidrocarburos de similar peso molecular. Sin embargo y debido a que los aldehídos y las cetonas No forman enlaces de hidrógeno intermoleculares, sus puntos de ebullición suelen ser menores que los de los alcoholes correspondientes:

Propiedades físicas de los aldehídos y las cetonas Solubilidad: Los aldehídos y las cetonas de bajo peso molecular son solubles en agua. El etanal y la acetona son solubles en agua en todas proporciones. Ello se debe a posibilidad de formar enlaces de hidrógeno entre el oxígeno del grupo carbonilo y los hidrógenos de la molécula de agua. Al aumentar el peso molecular –como hemos visto en el caso de alcoholes- la molécula disminuye su polaridad y por consiguiente disminuye la solubilidad en agua.

Propiedades químicas de los aldehídos y las cetonas Las moléculas de los aldehídos y cetonas presentan el grupo funcional carbonilo, que es responsable de la elevada polaridad que presentan estos compuestos. Así, podemos representar respectivamente a aldehídos y cetonas según: Por la carga positiva del átomo de Carbono, es atacado por reactivos nucleófilos (dadores de un par de electrones). El átomo de Oxígeno, a su vez acepta la parte positiva del reactivo.

Propiedades químicas de los aldehídos y las cetonas Reacción de reducción (hidrogenación) Por reducción del grupo carbonilo C=O de los aldehídos y cetonas, el producto que se obtiene puede ser un alcohol o un alcano. Reductores suaves: hidruro de litio y aluminio, borohidruro sódico. Reductores fuertes: cinc amalgamado + HCl cc.

Propiedades químicas de los aldehídos y las cetonas Reacción de oxidación Los aldehídos en presencia de oxidantes suaves y aún el aire, se oxidan con facilidad. Por oxidación se transforma en ácidos de igual número de átomos de carbono.

Propiedades químicas de los aldehídos y las cetonas Reacción de oxidación Las cetonas en cambio al tener el grupo C=O unido a dos radicales R, son mas difíciles de oxidar. Pero una acción prolongada de agentes oxidantes da una mezcla de ácidos de menor número de átomos de carbono.

Propiedades químicas de los aldehídos y las cetonas Adición nucleofílica al grupo C=O con pérdida de agua Formación de Acetales con alcoholes Los aldehídos y cetonas cuando reaccionan con alcoholes en presencia de HCl como catalizador dan un producto inestable llamado HEMIACETAL que posteriormente da un ACETAL

Propiedades químicas de los aldehídos y las cetonas Aldolización o condensación aldólica Proceso por el cual los aldehídos alifáticos que poseen hidrógeno en el carbono alfa, en solución alcalina (NaOH) diluida, forman un compuesto conocido como ALDOL, porque tiene un grupo aldehído y un grupo alcohol. Es una reacción de condensación en la que 2 moléculas se unen entre sí con pérdida de una molécula de agua.

Propiedades químicas de los aldehídos y las cetonas Crotonización: Reacción por la cual el ALDOL elimina una molécula de agua originando un aldehído no saturado.

Propiedades químicas de los aldehídos y las cetonas Condensación: Formaldehído + 2 fenoles

Propiedades químicas de los aldehídos y las cetonas Reacción de Cannizzaro Cuando un aldehído que no contiene hidrógenos α se coloca en una solución concentrada de NaOH se produce una reacción llamada de Cannizzaro. En dicha reacción se forman un alcohol y la sal del ácido carboxílico que tiene el mismo esqueleto que el aldehído de partida.

QUINONAS Son cetonas cíclicas insaturadas en las que estan conjugados los dobles enlaces C=C y el grupo ceto. No son compuestos aromáticos, pero se obtienen a partir de ellos. El término Quinona se aplica a la familia pero también es el nombre particular de:

QUINONAS Una propiedad característica de las quinonas es el color. Son cromóforos muy intensos. La p-benzoquinona se reduce con facilidad a hidroquinona en ácido sulfúrico.

QUINONAS Por oxidación forma ácido maléico

QUINONAS Las quinonas están ampliamente distribuidas en la naturaleza (vegetales) libremente o formando parte de otras sustancias. 2,6 naftoquinona sólido naranja inodoro no volátil Sólido rojo, inodoro, no volátil

QUINONAS Antraquinona (amarillo, volátil) Alizarina Fenantroquinona (naranja)

QUINONAS Un derivado importante de la naftoquinona es la vitamina K, que juega un papel muy importante en la coagulación sanguínea.

Bibliografía WOLFE, D “Química General, Orgánica y Biológica” (1998) 2da ed. Mc Graw Hill. CHANG (2002) “Química General” Editorial McGraw Hill. FINAR, I L “Química Orgánica” Ed Alhambra. McMurry, Jhon: Química Orgánica. 8va Edición. Año:2012 Brewster, R.Q. y Mc Ewen, W.E. 1978. Química Orgánica, Buenos Aires.