Química Orgánica I MICROBIOLOGIA 2011 Dr. Lester Mayes CATEDRÁTICO

ALDEHÍDOS Y CETONAS

INTRODUCCIÓN Los aldehídos y las cetonas pertenecen a la misma familia constituida principalmente por el grupo funcional carbonilo. En la naturaleza, los compuestos carbonílicos están en todas partes. La mayoría de las moléculas de importancia biológica -al igual que muchos agentes farmacéuticos y sustancias químicas sintéticas con que tratamos todos los días contienen grupos carbonilo. El ácido acético, el componente principal del vinagre, el acetaminoféno, el ingrediente activo en muchos de los medicamentos populares para combatir el dolor de cabeza, y el dacrón, el material de poliéster usado en prendas de vestir, contienen clases diferentes de grupos carbonilo.

GRUPO CARBONILO O = - C -

Algunos compuestos Carbonilicos…

FAMILIA GRUPO CARBONILO ALDEHÍDOS FAMILIA GRUPO CARBONILO

Rx’s Px’s ANALIZAREMOS… Nmx PROPIEDADES FISICAS PROPIEDADES QUIMICAS NOMENCLATURA PROPIEDADES QUIMICAS Rx’s Px’s

PROPIEDADES FÍSICAS DE LOS ALDEHÍDOS

En el grupo funcional de los aldehídos, el enlace entre el carbono y oxigeno es doble (tetra electrónico). El átomo de carbono del grupo carbonilo se encuentra en estado de hibridación sp2 y su configuración es plana. A diferencia del doble enlace carbono-carbono, a consecuencia de la gran electronegatividad del oxigeno en comparación con el carbono, el enlace C=O está fuertemente polarizado debido al desplazamiento de la densidad electrónica del enlace π hacia el oxígeno. Los momentos dipolares de los aldehídos son mayores que los de los alcoholes. La polaridad del grupo carbonilo influye en las propiedades físicas. Muchos aldehídos se disuelven bien en el agua.

PROPIEDADES FÍSICAS DE ALGUNOS ALDEHÍDOS NOMBRE DEL COMPUESTO FÓRMULA MOLECULAR PUNTO DE FUSIÓN ˚C PUNTO DE EBULLICIÓN ˚C DENSIDAD RELATÍVA d20/4 FORMALDEHIDO H-CHO -92 -20 0.81 ACETALDEHIDO CH3-CHO -121 +21 0.80 PROPINALDEHIDO CH3-CH2CHO -81 49 0.807 ACROLEÍNA CH2=CH-CHO -87 52 0.84 BENZALDEHIDO C6H5-CHO -26 180 1.05 Los aldehídos inferiores poseen un olor fuerte y poco agradable y son miscibles en agua, en cambio los superiores son utilizados en la industria de la perfumería y cosmetología.

PROPIEDADES QUÍMICAS DE LOS ALDEHÍDOS

La polaridad del grupo carbonilo determina sus reacciones La polaridad del grupo carbonilo determina sus reacciones. El grupo carbonilo es una de las funciones de gran actividad. Le son características: Las reacciones de adición por el doble enlace del grupo carbonilo. Las reacciones de sustitución del oxigeno carbonilico por diferentes agrupaciones que contienen nitrógeno. Las reacciones de condensación.

OTROS DATOS SOBRE LOS ALDEHÍDOS

ALGUNAS FUENTES NATURALES Y SUS USOS… Los aldehídos están ampliamente presentes en la naturaleza. A. Un carbohidrato muy importante como la glucosa, es un poli-hidroxialdehído. B. La vainillina, saborizante principal de la vainilla es otro ejemplo de aldehído natural.

USO EN LA INDUSTRIA… A. El formaldehído, un gas de olor picante y medianamente tóxico, que se usa en grandes cantidades para la producción de plásticos termoestables como la bakelita. B. La solución acuosa de formaldehído se conoce como formol o formalina y se usa ampliamente como desinfectante, en la industria textil y como preservador de tejidos a la descomposición.

PREPARACIÓN DE ALDEHÍDOS

REACTIVOS ESPECIALES PARA LA OXIDACIÓN REDUCCIÓN REACTIVOS ESPECIALES PARA LA OXIDACIÓN ALDEHÍDOS

OXIDACIÓN DE ALCOHOLES PRIMARIOS

RUPTURA OXIDATIVA DE ALQUENOS

MÉTODOS DE REDUCCIÓN

MÉTODOS DE REDUCCIÓN Reducción de Rosenmund

HIDROBORACIÓN-OXIDACIÓN DE ALQUINOS La hidroboración seguida de oxidación de un alquino da lugar a una adición anti-Markovnikov de agua al triple enlace. Los alquinos terminales dan lugar a aldehídos después de la tautomerización

REACCIONES DE ALDEHÍDOS

REDUCCIÓN A ALCOHOLES Por contacto con hidrógeno en presencia de ciertos catalizadores el doble enlace carbono=oxígeno del grupo carbonilo se rompe y un átomo de hidrógeno se acopla a uno de los enlaces para formar el grupo hidroxilo típico de los alcoholes.

REDUCCIÓN A HIDROCARBUROS Los aldehídos pueden ser reducidos a hidrocarburos al interactuar con ciertos reactivos y en presencia de catalizadores. En la reducción Wolff-Kishner el acetaldehído se trata con hidrazina como agente reductor y etóxido de sodio como catalizador. El resultado de la reacción produce una mezcla de etano, agua y nitrógeno.

POLIMERIZACIÓN Los primeros aldehídos de la clase tienen un marcada tendencia a polimerizar. El formaldehído por ejemplo, polimeriza de forma espontánea a temperatura ligeramente superior a la de congelación (-92°C). Del mismo modo, cuando se evapora una solución al 37% de formaldehído en agua que contenga de 10 a 15% de metanol se produce un polímero sólido que se conoce como parafolmaldehído. Si se calienta el parafolmaldehído se vuleve a producir el Formaldehído en forma gaseosa. También se forman polímeros cuando las soluciones de formaldehído o acetaldehído se acidifican ligeramente con ácido sulfúrico.

REACCIONES DE ADICIÓN Los aldehídos también sufren reacciones de adición, en las cuales se rompe la estructura molecular del aldehído y el agente reaccionante se agrega a la molécula para la formación de un nuevo compuesto.

NOMENCLATURA DE ALDEHÍDOS Número de carbonos Nomenclatura IUPAC Nomenclatura trivial Fórmula 1 Metanal Formaldehído HCHO 2 Etanal Acetaldehído CH3CHO 3 Propanal Propionaldehído Propilaldehído C2H5CHO 4 Butanal n-Butiraldehído C3H7CHO 5 Pentanal n-Valeraldehído Amilaldehído n-Pentaldehído C4H9CHO El sistema de nomenclatura corriente consiste en emplear el nombre del alcano correspondiente terminado en -al. Los aldehídos más simples (metanal y etanal) tienen otros nombres que no siguen el estándar de la IUPAC pero son más utilizados (formaldehído y acetaldehído, respectivamente) estos últimos dos son nombrados en nomenclatura trivial.

Cetonas

Las cetonas, al igual que los aldehídos tiene el grupo funcional carbonilo en la estructura molecular, pero en este caso, en los dos enlaces disponibles del grupo carbonilo se acoplan radicales tipo hidrocarburo. Las cetonas pueden ser simétricas o asimétricas en dependencia de si los dos radicales son iguales o diferentes

En las cetonas, siempre van unidos dos grupos alquil o aril.

Propiedades físicas Las cetonas en general presentan un olor agradable, de hecho, algunas cetonas forman parte de los compuestos utilizados en las mezclas que se venden como perfumes. El punto de ebullición de las cetonas es en general, mas alto que el de los hidrocarburos de peso molecular comparable; así, la acetona y el butano con el mismo peso molecular (58) tienen un punto de ebullición de 56°C, y -0.5°C respectivamente. La solubilidad en agua de las cetonas depende de la longitud de la cadena, hasta 5 átomos de carbono tienen una solubilidad significativa como sucede en los alcoholes ácidos. Los compuestos carbonílicos de cadena corta son solubles en agua y a medida que aumenta la longitud de la cadena disminuye la solubilidad.

Fuentes Naturales Las cetonas se encuentran ampliamente distribuidas en la naturaleza. El importante carbohidrato fructuosa, las hormonas cortisona, testosterona (hormona masculina) y progesterona (hormona femenina) son también cetonas, así como el conocido alcanfor usado como medicamento tópico.

Usos de las cetonas Como disolventes para: lacas, barnices, plásticos, caucho, seda artificial, colodión, etc. Las cetonas (ácido betahidroxibutírico, ácido acetoacético y acetona) son los productos finales del metabolismo rápido o excesivo de los ácidos grasos. Como sucede con la glucosa, las cetonas están presentes en la orina cuando los niveles sanguíneos sobrepasan cierto umbral. La propanona (comúnmente llamada acetona) es la cetona más simple.

Nomenclatura Común de las Cetonas Los nombres comunes de las cetonas se derivan de los nombres de los dos grupos unidos al grupo carbonilo ordenados alfabéticamente, seguido por la palabra cetona. Por lo tanto, la acetona también puede llamarse dimetilcetona, ya que hay dos grupos metilo enlazados al grupo carbonilo , una cetona con el grupo carbonilico unido a un anillo bencénico se denomina una fenona

Nomenclatura IUPAC La terminación en el sistema de IUPAC para las cetonas es -ona. Se elimina la o final del nombre del alcano precursor y se remplaza por -ona. Para cetonas con cinco o más átomos de carbono, se enumera la cadena y se le coloca el número más bajo posible al átomo de carbono del grupo carbonilo. Este número se utiliza para ubicar el grupo carbonilo, el cual se separa mediante un guión del nombre de la cetona principal. Los grupos sustituyentes se localizan y se nombran como en los otros compuestos.

Nomenclatura de Cetonas

n-Butirofenona

Preparación de Cetonas Oxidación de alcoholes secundarios. Acilación de Friedel-Crafts. Reacción de cloruros de acido con compuesto organocadmicos.