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1 ENLACE Y ESTRUCTURA
¿Qué es la química orgánica?
La química orgánica es la química del carbono y de sus compuestos.
Enlace ionico
En química, el enlace iónico es una unión que resulta de la presencia de
fuerza de atracción electrostática entre los iones de distinto signo, es
decir uno fuertemente electropositivo (baja energía de ionización) y otro
fuertemente electronegativo (alta afinidad electrónica). Eso se da cuando
en el enlace, uno de los átomos capta electrones del otro.
Dado que los elementos implicados tienen elevadas diferencias de
electronegatividad, este enlace suele darse entre un compuesto metálico y
uno no metálico. Se produce una transferencia electrónica total de un átomo
a otro formándose iones de diferente signo. El metal dona uno o más
electrones formando iones con carga positiva o cationes con una
configuración electrónica estable. Estos electrones luego ingresan en el no
metal, originando un ion cargado negativamente o anión, que también tiene
configuración electrónica estable. Son estables pues ambos, según la regla
del octeto adquieren 8 electrones en su capa más exterior. La atracción
electrostática entre los iones de carga opuesta causa que se unan y formen
un compuesto.
Enlace covalente
Un enlace covalente se produce por compartición de electrones entre dos
átomos. Este tipo de enlace se produce cuando existe electronegatividad
polar pero la diferencia de electronegatividades entre los átomos no es
suficientemente grande como para que se efectúe transferencia de
electrones. De esta forma, los dos átomos comparten uno o más pares
electrónicos en un nuevo tipo de orbital, denominado orbital molecular. Los
enlaces covalentes se suelen producir entre elementos gaseosos no metales.
La Estructura de lewis,
es una representación gráfica que muestra los enlaces entre los átomos de
una molécula y los pares de electrones solitarios que puedan existir.
Diagrama de Lewis se puede usar tanto para representar moléculas
formadas por la unión de sus átomos mediante enlace covalente como
complejos de coordinación. La estructura de Lewis fue propuesta por
Gilbert Lewis, quien lo introdujo por primera vez en 1915 en su artículo La
molécula y el átomo.
Las estructuras de Lewis muestran los diferentes átomos de una
determinada molécula usando su símbolo químico y líneas que se trazan
entre los átomos que se unen entre sí. En ocasiones, para representar cada
enlace, se usan pares de puntos en vez de líneas. Los electrones
desapartados (los que no participan en los enlaces) se representan mediante
una línea o con un par de puntos, y se colocan alrededor de los átomos a los
que pertenece.
Estructura de resonancia.
La Resonancia (denominado también Mesomería) en química es una
herramienta empleada (predominantemente en química orgánica) para
representar ciertos tipos de estructuras moleculares. La resonancia
consiste en la combinación lineal de estructuras de una molécula
(estructuras resonantes) que no coinciden con la estructura real, pero que
mediante su combinación, nos acerca más a su estructura real. La resonancia
molecular es un componente clave en la teoría del enlace covalente y su
aparición crece cuando existen enlaces dobles o triples en la molécula,
numerosos compuestos orgánicos presentan resonancia, como en el caso de
los compuestos aromáticos.
La geometría de las moléculas
en general y la de los compuestos del carbono en
particular, puede explicarse recurriendo a la idea de hibridación de
orbitales. El
análisis de tres átomos típicos, el berilio (Be), el boro (B) y el carbono (C)
permite
ilustrar este fenómeno mecanocuántico. En el átomo de berilio tiene como
configuración electrónica 1s22s2; a pesar de que todos sus orbitales están
completos se combina dando lugar a moléculas lineales con dos enlaces.
Las moléculas polares
se disuelven fácilmente en disolventes polares y no lo hacen sin embargo en
disolventes no polares. El disolvente polar por excelencia es el agua, así que
las sustancias polares son hidrosolubles o hidrófilas, mientras las no polares
son hidrófobas.
La polaridad eléctrica es un factor esencial de la organización de las
moléculas biológicas en estructuras supramoleculares, como las membranas
de bicapa, estructuradas por moléculas de lípidos que tienen una parte polar
y otra no polar (moléculas anfipáticas).
Las moléculas apolares
son aquellas moléculas que se producen por la unión entre átomos que poseen
igual electronegatividad, por lo que las fuerzas con las que los átomos que
conforman la molécula atraen los electrones del enlace son iguales,
produciéndose así la anulación de dichas fuerzas. Un ejemplo de una
molécula apolar es la molécula de Oxígeno (O2). En esta molécula cada átomo
de Oxígeno atrae a los electrones compartidos hacia sí mismo con una misma
intensidad pero en sentidos opuestos, por lo que se anulan las fuerzas de
atracción y la molécula no se convierte en un dipolo
Las fuerzas intermoleculares
se producen cuando los átomos pueden formar unidades estables llamadas
moléculas mediante el compartimiento de electrones. Las fuerzas
intermoleculares, fuerzas de atracción entre moléculas a veces también
reciben el nombre de enlaces intermoleculares aunque son
considerablemente más débiles que los enlaces iónicos, covalentes y
metálicos. Las principales fuerzas intermoleculares son


El enlace de hidrógeno (antiguamente conocido como puente de
hidrógeno)
las fuerzas de Van der Waals. Que podemos clasificar a su vez en:
o Dipolo - Dipolo.
o Dipolo - Dipolo inducido.
o Fuerzas de dispersión de London.
Clasificación de las moléculas orgánicas
ORGANICAS.Se encuentran 4 tipos de moléculas orgánicas:Carbohidratos,
lípidos, proteínas, nucleótidos
CARBOHIDRATOS: Son la fuente primaria de energía química, para los
sistemas vivos, los más simples son los monosacáridos (azucares simples),
son moléculas fundamentales de almacenamiento de energía.
LIPIDOS: Son un grupo de sustancias orgánicas insolubles en solventes
polares como el agua, pero se disuelven en solventes orgánicos no polaresejemplo el cloroformo, son moléculas de almacenamiento de energía
usualmente en forma de grasa o aceite.
PROTEINAS: Se les conoce como moléculas anfóteras, es decir contienen
un radial base y otro acido, pudiendo así actuar como acido o bien como
base, según en el medio que se encuentren.(enzimas, hormonas, hemoglobina,
inmunoglobinas).
NUCLEOTIDOS: Es una molécula que se convierte en transportador de
energía, con la unión
de dos fosfatos, necesarios para las numerosas reacciones
Orbitales híbridos
se originan fundamentalmente en el átomo de carbono a la hora de efectuar
sus enlaces. Esto supone un gasto energético inicial que después se
compensa con la estabilidad de los enlaces que forma el carbono.
El Carbono es un elemento de número atómico 6, esto es, sus átomos tienen
6 protones en el núcleo y, en estado neutro, 6 electrones en la corteza. Esos
6 electrones se distribuyen en los distintos orbitales del átomo, de menor a
mayor energía: 1s2 2s2 2px1 2py1 2pz0. Mediante una energía que absorbe
el átomo en un proceso llamado promoción, un electrón pasa del orbital 2s al
2p que está vacío, lo cual le da al átomo la posibilidad de formar 4 enlaces
frente a los 2 que podría formar al principio: 1s2 2s1 2px1 2py1 2pz1. Pero
estos 4 orbitales quedarían muy juntos en el espacio y conferirían
inestabilidad al átomo de carbono, que prefiere sufrir el proceso de la
hibridación, que consiste en formar orbitales intermedios entre los s y los
p, de tal forma que queden perfectamente distribuidos en el espacioic
orbitales moleculares
son los orbitales (funciones matemáticas) que describen el comportamiento
ondulatorio que pueden tener los electrones en las moléculas. Estas
funciones pueden usarse para calcular propiedades químicas y físicas tales
como la probabilidad de encontrar un electrón en una región del espacio. El
término orbital fue utilizado por primera vez en inglés por Robert S.
Mulliken en 1925 como una traducción de la palabra alemana utilizada por
Erwin Schrödinger,'Eigenfunktion'. Desde entonces se considera un
sinónimo a la región del espacio generada con dicha función. Los orbitales
moleculares se construyen habitualmente por combinación lineal de orbitales
atómicos centrados en cada átomo de la molécula. Utilizando métodos de
cálculo de la estructura electrónica, como por ejemplo, el método de
Hartree-Fock se pueden obtener de forma cuantitativa.
2 INTRODUCCION A LAS REACCIONES ORGANICAS.
Clasificación de las reacciones organicas.
Reacciones de adición.
Este tipo de reacciones consisten en la adición de dos especies químicas al
enlace
múltiple de una molécula insaturada.
Reacciones de sustitución.
En las reacciones de sustitución se engloban aquellas reacciones en las que
un
átomo o grupo atómico es sustituido o desplazado por otro.
Reacciones de eliminación.
Este tipo de reacciones constituyen el proceso inverso de las reacciones de
adición
y consisten en la pérdida de átomos, ó grupo de átomos de una molécula, con
formación de enlaces múltiples o anillos.
Reacciones de transposición.
Esta clase de reacciones consisten en un reordenamiento de los átomos de
una
molécula que origina otra con estructura distinta.
El mecanismo de reacción
es una descripción detallada, paso a paso, de la forma
en la que los reactivos se transforman en los productos. La descripción debe
incluir:
• El movimiento de los electrones que producen la ruptura y formación de
enlaces.
• Las relaciones espaciales de los átomos durante dichas transformaciones.
En el caso ideal, un mecanismo debería responder a los cambios
estructurales y a
los energéticos que ocurren en cada paso de la reacción.
Nunca hay que esperar que un mecanismo quede completamente
demostrado,
pues en muchas reacciones no es posible conseguir datos experimentales
para
cada detalle del proceso. A menudo es posible que haya más de un camino
distinto
para una reacción. Los químicos orgánicos están muy acostumbrados a
proponer
mecanismos para explicar un proceso químico nuevo, la formación de una
especie
química inesperada, etc. De entre los posibles mecanismos para una nueva
reacción química hay que elegir el que sea consistente con los datos
experimentales disponibles.
Cinetica de la reacción.
La cinética es el estudio de la velocidad de la reacción. El hecho de que una
reacción sea termodinámicamente favorable no significa necesariamente
que vaya
a tener lugar. Por ejemplo, el metano y el cloro no reaccionan si la mezcla se
mantiene fría y en la oscuridad. La velocidad de una reacción se puede
determinar
midiendo el aumento en las concentraciones de los productos o la
disminución de
las concentraciones de los reactivos a través del tiempo.
La velocidad de una reacción depende de la concentración de los reactivos.
Si la
concentración es alta los reactivos chocan entre sí con más frecuencia y la
probabilidad de que ocurra la reacción es mayor.
EQUILIBRIOS.
En un proceso químico, el equilibrio químico es el estado en el que las
actividades químicas o las concentraciones de los reactivos y los productos
no tienen ningún cambio neto en el tiempo. Normalmente, este sería el
estado que se produce cuando el proceso químico evoluciona hacia adelante
en la misma proporción que su reacción inversa. La velocidad de reacción de
las reacciones directa e inversa por lo general no son cero, pero, si ambas
son iguales, no hay cambios netos en cualquiera de las concentraciones de
los reactivos o productos. Este proceso se denomina equilibrio dinámico.
Una reacción ácido-base o reacción de neutralización
es una reacción química que ocurre entre un ácido y una base. Existen varios
conceptos que proporcionan definiciones alternativas para los mecanismos
de reacción involucrados en estas reacciones, y su aplicación en problemas
en disolución relacionados con ellas. A pesar de las diferencias en las
definiciones, su importancia se pone de manifiesto como los diferentes
métodos de análisis cuando se aplica a reacciones ácido-base de especies
gaseosas o líquidas, o cuando el carácter ácido o básico puede ser algo
menos evidente.
HA + H2O ↔ H3O+ + A-
3 ALCANOS Y CICLOALCANOS.
Estructura.
El alcano más simple es el metano CH4. Desde el siglo pasado se había
demostrado mediante hechos experimentales que la estructura del metano
tenía una
forma tetraédrica. Sin embargo, la justificación de esta estructura no pudo
hallarse
hasta el desarrollo de la teoría mecanocuántica entre los años 1920 y 1930.
Nomenclatura de los alcanos.
Si todos los hidrocarburos saturados fueran alcanos normales (lineales) se
podrían nombrar fácilmente por cualquier método que reflejara el número
de carbonos
de cada uno de ellos. Sin embargo, los alcanos con más de tres átomos de
carbono
pueden existir como isómeros estructurales. El criterio básico para nombrar
una
estructura es elegir el nombre fundamental. Para la nomenclatura de los
alcanos
ramificados hay que seguir las siguientes reglas:
1. Identificar la cadena principal (cadena más larga). A ella le corresponderá
el
nombre del hidrocarburo principal. El nombre se forma a partir de una raíz
de origen
griego que indica el número de átomos de carbono de la cadena. Por ejemplo,
una
secuencia de cinco átomos se nombra utilizando el prefijo pent-, mientras
que una de
diez átomos se nombra mediante el prefijo dec-. Para completar el nombre
fundamental de un alcano se añade a la raíz la terminación -ano.
2. Numerar los átomos de la cadena principal de tal modo que los
localizadores
de las cadenas laterales tengan los números más bajos posibles. El
compuesto será
un alquilalcano. Para nombrar a las cadenas laterales se cambia la
terminación -ano,
que le correspondería al hidrocarburo, por la terminación -ilo. Por ejemplo,
un grupo
CH3- unido a la cadena principal se le denomina metilo, un grupo CH3CH2se
denomina etilo y así sucesivamente. A continuación se indica la numeración
de la
cadena principal y la nomenclatura de un hidrocarburo ramificado.
CH3CHCH2CH2CH3
CH3
12345
2-metilpentano
3. Si hay dos o mas clases distintas de grupos alquilo sus nombres se sitúan,
generalmente, por orden alfabético sin tener en cuenta los prefijos
separados por un
guión (t-, sec-) o los indicadores del número de grupos (di-, tri-, tetra-), que
no se
alfabetizan. Los prefijos iso y neo (que no se separan con guión) se
alfabetizan. Por
ejemplo:
5-etil-2,2-dimetilheptano
(no 2,2-dimetil-5-etilheptano)
CH3CCH2CH2CHCH2CH3
CH3
CH3 CH2CH3
CH3CHCH2CHCH2CH2CH3
CH3 CH3
2,4-dimetilpentano
(no 4,6-dimetilpentano)
3-metil-2-propilnonano
CH3CH2CHCH2CHCH2CH2CH2CH3
CH3 CH2CH2CH3 CH3CCH2CH2CHCH2CH2CH3
CH3
CH3
CHCH3
CH3
5-isopropil-2,2-dimetiloctano
(no 2,2-dimetil-5-isopropiloctano)
PROPIEDADES FÍSICAS DE LOS ALCANOS
Las propiedades físicas de los alcanos siguen el mismo patrón establecido
por el metano, siendo concordantes con las estructurasde los alcanos. La
molécula de un alcano sólo presenta enlaces covalentes, que enlazan dos
átomos iguales, por lo que no son polares; o bien, unen dos átomos cuyas
electronegatividades apenas difieren, por lo que son escasamente polares.
Además, estos enlaces son direccionales de un modo muy simétrico, lo que
permite que dichas polaridades débiles se cancelen; como resultado, un
alcano es no polar o ligeramente polar.
Las fuerzas que mantienen unidas las moléculas no polares (fuerzas de Van
der Waals) son débiles y de alcance muy limitado; solamente actúan entre
partes de moléculas diferentes en contacto íntimo; es decir, entre las
superficies moleculares. Dentro de una familia esperaríamos que cuanto
mayor sea una molécula y por consiguiente su superficie-, más intensa son
las fuerzas intermoleculares.
Las propiedades físicas de los alcanos siguen el mismo patrón establecido
por el metano, siendo concordantes con las estructurasde los alcanos. La
molécula de un alcano sólo presenta enlaces covalentes, que enlazan dos
átomos iguales, por lo que no son polares; o bien, unen dos átomos cuyas
electronegatividades apenas difieren, por lo que son escasamente polares.
Además, estos enlaces son direccionales de un modo muy simétrico, lo que
permite que dichas polaridades débiles se cancelen; como resultado, un
alcano es no polar o ligeramente polar.
Las fuerzas que mantienen unidas las moléculas no polares (fuerzas de Van
der Waals) son débiles y de alcance muy limitado; solamente actúan entre
partes de moléculas diferentes en contacto íntimo; es decir, entre las
superficies moleculares. Dentro de una familia esperaríamos que cuanto
mayor sea una molécula y por consiguiente su superficie-, más intensa son
las fuerzas intermoleculares.
Los cicloalcanos o alcanos cíclicos
son hidrocarburos saturados, cuyo esqueleto es formado únicamente por
átomos de carbono unidos entre ellos con enlaces simples en forma de anillo.
Su fórmula genérica es CnH2n. Por fórmula son isómeros de los alquenos.
También existen compuestos que contienen varios anillos, los compuestos
policíclicos.
Ciclohexano
Probablemente el cicloalcano más importante es el ciclohexano. Se puede
obtener por hidrogenación del benceno.
Presenta varias conformaciones que le permiten conservar el ángulo
tetraédrico de 109,5 º entre los sustituyentes en los átomos de carbono. El
ciclohexano no es plano sino, su diferentes
Oxidación de alcanos: Combustión.
La combustión de los alcanos es una de las reacciones orgánicas más
importantes si se tiene en cuenta la masa de material que utiliza este
proceso. La
combustión de gas natural, gasolina y fuel implica en su mayor parte la
combustión de
alcanos. Sin embargo, esta combustión deja de ser una reacción orgánica
típica
porque en primer lugar los reactivos de la reacción son en realidad mezclas
de alcanos
y en segundo lugar porque el producto deseado de la reacción es el calor que
desprende y no los productos obtenidos en ella. De hecho, los productos
generados
en el proceso de combustión de los alcanos son, por lo general, compuestos
sin
interés y su eliminación, debido a su volumen, constituye un importante
problema.
La ecuación para la combustión de un alcano, por ejemplo el metano, es la
siguiente:
CH4 + 2 O2 CO2 + 2 H2O
Sin embargo, en muchos procesos de combustión, como la quema de gasolina
en un motor, no se logra una oxidación completa del carbono generándose en
muchos
casos monóxido de carbono (C=O). Otros productos, como los aldehídos,
también son
el resultado de una combustión incompleta de los alcanos.
El petróleo como fuente de alcanos.
Los alcanos son productos naturales muy diseminados sobre la tierra y son
fundamentalmente el resultado de procesos biológicos.
El metano se produce mediante la descomposición anaeróbica bacteriana de
la
materia orgánica. Debido a que fue aislado por primera vez en los pantanos
se le
denomina también como gas de los pantanos. Es también un importante
constituyente
del gas producido en algunos procesos de eliminación de aguas negras y su
presencia
se detecta también en las minas de carbón, donde se le denomina aire
detonante o
grisú, debido a la naturaleza explosiva de las mezclas de metano y aire.
El gas natural es una mezcla de hidrocarburos gaseosos y consta
básicamente
de etano y metano junto con pequeñas cantidades de propano.
El petróleo es una mezcla compleja de hidrocarburos, la mayoría de los
cuales
son alcanos y cicloalcanos, y constituye el resultado final de la
descomposición de la
materia animal y vegetal sepultada bajo la corteza terrestre durante
períodos muy
largos. La mezcla se acumula formando un líquido negro y viscoso en bolsas
subterráneas, de donde se extrae mediante la perforación de pozos. El
aceite crudo
tiene un intervalo muy amplio de ebullición. Sus componentes más volátiles
son el
propano y el butano. El éter de petróleo se compone de pentanos y hexanos
y destila
entre 30 y 60 C. La ligroína es una mezcla de heptanos que tiene un
intervalo de
ebullición entre los 60 y los 90 C. Estas mezclas se usan a menudo como
disolventes
en la industria y en los laboratorios químicos. Sin embargo, los destilados
más
importantes del petróleo son la gasolina y los combustibles de calefacción.
La destilación fraccionada del petróleo crudo proporciona las siguientes
fracciones.
Intervalo de ebullición en °C
gas natural (C1 a C4) por debajo de 20
éter de petróleo (C5 a C6) 30-60
ligroína o nafta ligera (C7) 60-90
gasolina normal (C6 a C12) 85-200
queroseno (C12 a C15) 200-300
fueloil de calefacción (C15 a C18) 300-400
aceites lubricantes, grasas,
parafinas, ceras, alquitrán (C16-C24) por encima de 400
Craqueo.
Las moléculas de alcanos se pueden romper por acción del calor (proceso de
pirólisis). Los enlaces carbono-carbono se rompen generando radicales
alquilo más
pequeños. La ruptura se produce de forma aleatoria a lo largo de la cadena.
CH3CH2CH2CH2CH3
CH3 + CH3CH2CH2CH2
CH3CH2 + CH3CH2CH2
Una de las posibles reacciones que pueden experimentar los radicales es la
recombinación en cuyo caso se produce una mezcla de alcanos:
CH3
CH3CH2CH2CH2
CH3CH2
CH3 CH3CH3 +
CH3 + CH3CH2CH3
CH3CH2 + CH3CH2CH2CH2CH2CH3
Otra reacción que puede ocurrir es el desproporcionamiento. En este
proceso,
uno de los radicales transfiere un átomo de hidrógeno al otro radical para
producir un
alcano y un alqueno:
CH3CH2 + CH3CH2CH2 CH3CH3 + CH3CH=CH2
El resultado neto de la pirólisis es la conversión de un alcano superior en una
mezcla de alcanos y alquenos. Esta reacción no es útil en el laboratorio de
química
orgánica por que genera mezclas. Sin embargo, el craqueo térmico de los
hidrocarburos ha resultado ser un proceso industrial muy importante. La
composición
del petróleo crudo es muy variada y depende de su origen. Por ejemplo, la
destilación
fraccionada de un petróleo ligero típico proporciona un 35% de gasolina, un
15% de
queroseno y trazas de asfalto, siendo el resto aceites lubricantes y aceites
de puntos
de ebullición más altos. Por otra parte un crudo pesado proporciona
solamente un 10%
de gasolina, un 10% de queroseno y un 50% de asfalto. A fin de reducir el
porcentaje
de aceites pesados de alto peso molecular y aumentar la producción de
fracciones
más volátiles se emplea el método de craqueo. El método de craqueo térmico
apenas
se utiliza en la actualidad y ha sido sustituido por el craqueo catalítico. Los
catalizadores, compuestos de alúmina y sílice, permiten realizar el proceso
de craqueo
a temperaturas más bajas. Es posible que el craqueo catalítico transcurra a
través de
intermedios catiónicos en lugar de radicalarios.
La halogenación
es el proceso químico mediante el cual se adicionan uno o varios átomos de
elementos del grupo de los halógenos (grupo 17 de la tabla periódica) a una
molécula orgánica. Una de las halogenaciones más simples es la halogenación
de alcanos. En estas reacciones los átomos de hidrógeno de los alcanos
resultan sustituidos total o parcialmente por átomos del grupo de los
halógenos. La reacción que tiene lugar es la siguiente:
Son posibles una gran variedad de productos químicos. La composición de la
mezcla de productos vendrá dada por la concentración de los reactivos y
otras condiciones del medio de reacción, por ejemplo, la temperatura.
4 ESTEREOISOMERIA.
Propiedades físicas de los enantiomeros
Enantiomeros: tienen casi todas las propiedades fisicas iguales, difieren en
la rotacion de la luz polarizada, pero poseen el mismo pto de fusion y
ebullicion e idnetica solubilidad,La separacion via diastereoisomeros,
consiste en transformar la mezcla de enantiomeros en mezcla
diastereoisomeros x adicion de un reactivo quiral, los diastereoisomeros son
facil% separables x metodos fisicos.Los enantiomeros son imagenes
especulares no superponibles.Se caracterizan x poseer un atomo unido a 4
grupos distintos llamado asimetrico o quiral.
Actividad optica:
Los enantiomeros poseen casi todas las propiedades fisicas identicas, con
la excepcion de la actividad optica.Uno de ellos produce rotacion de la luz
polarizada a la derecha(dextrogiro) y el otro a la izquierda (Levogiro)
Forma Racemica:
Es la mezcla equimolecular de los isomeros dextro y levo. Esta formula es
optica% inactiva (no desvia el plano de la luz polarizada.
Un estereocentro o centro estereogénico
es cualquier punto, aunque no necesariamente un átomo, en una molécula que
lleva grupos tales que el intercambio de dos grupos cualesquiera conduce a
un estereoisómero.1 En química orgánica, este término suele referirse a un
átomo de carbono, fósforo, o azufre, aunque es posible que otros átomos
sean estereocentros en química orgánica e inorgánica.
Una molécula pueden tener múltiples estereocentros, dándole varios
estereoisómeros. En compuestos cuya estereoisomería es debida a centros
estereogénicos tetraédricos, el número total de estereocentros posibles no
excederá 2n, donde n es el número de estereocentros tetraédricos. Las
moléculas con simetría frecuentemente tienen menor cantidad de
estereoisómeros que el máximo posible.
El término estereocentro fue introducido en 1984 por Mislow y Siegel.2
El término amplio "estereocentro" suele ser confundido con el más estrecho
de "centro quiral". Es importante recordar que un compuesto como el 2buteno tiene dos estereocentros formando dos estereoisómeros posibles
(cis y trans 2-buteno), y sin embargo no es considerado un compuesto meso.
Nomenclatura de los enantiomeros
Es necesaria una nomenclatura que distinga los estereoisómeros de una
molécula. Así, en el caso del 2-Clorobutano la notación debe distinguir un
enantiómero del otro. Cahn, Ingold y Prelog desarrollaron unas reglas que
permiten distinguir unos estereoisómeros de otros, y que a continuación
describo.
Regla 1.- Dar prioridades a cada uno de los cuatro átomos o grupos de
átomos enlazados directamente al carbono asimétrico. Esta prioridad se da
por número atómico. En la molécula de Bromocloroyodometano, el yodo es el
grupo de mayor prioridad, que representamos por “a” y el hidrógeno el de
menor prioridad, que respresentamos por “d”.
Asignar prioridades
Regla 2.- Orientar la molécula con el grupo de menor prioridad hacia el
fondo del papel. En el ejemplo anterior el grupo de menor prioridad es el
hidrógeno (grupo d) y está como puede verse en la figura al fondo del papel
(línea discontinua). Ahora dibujamos una flecha que recorre los grupos en
orden a → b → c. Si el recorrido es en el sentido de las agujas del reloj, el
carbono asimétrico tiene notación R. Si el recorrido es en sentido contrario
la configuración del carbono es S.
Configuración absoluta: pareja de enantiómeros
Notación R/S de molécula e imagen
Obsérvese que si un enantiómero tiene notación R su imagen especular será
S.
Configuración absoluta de la molécula y de su imagen
Notación R/S con grupo "d" en cuña
En los ejemplos anteriores el grupo d siempre queda por detrás del plano
formado por los tres sustituyentes de más prioridad. Si el grupo d está
hacia nosotros (cuña) la configuración del carbono es contraria al giro.
Veamos un ejemplo:
En este caso el grupo de menor prioridad está orientado hacia nosotros. Se
dan prioridades, pero la notación del centro quiral es contraria al giro. Así,
giramos en el sentido de las agujas del reloj, pero la notación es S.
Notación R/S con grupo de en el plano
¿Cómo damos la configuración absoluta de un centro quiral que tiene el
grupo de menos prioridad en el plano? Una solución es girar la molécula para
dejar “d” al fondo. Pero también podemos usar un “truco” que permite
conocer de forma sencilla la configuración absoluta de un centro quiral. Esta
idea se basa en cambiar el grupo d por el grupo que va al fondo. Un cambio
de dos grupos supone cambiar la notación del centro quiral.
El cambio del hidrógeno por el yodo cambia la notación de la molécula.
Después de hacer el cambio el centro quiral tiene notación S. Por tanto, la
molécula de partida será R.
{mosgoogle}
Las proyecciones de Fischer
son utilizadas en química orgánica para representar en dos dimensiones la
disposición espacial de moléculas en las que uno o más átomos de carbono
están unidos a 4 sustituyentes diferentes.
Estos átomos pueden existir en dos configuraciones espacialmente
diferentes, que son imágenes especulares (simétricas respecto a un plano)
entre sí, como lo son la mano derecha de la izquierda, y al igual que éstas no
son superponibles en el espacio.
Diastereomeros
Los diastereoisómeros difieren en sus propiedades físicas y químicas.
Dentro del grupo de los diasterómeros se encuentran los isómeros cis-trans
(antes conocido como Isómeros Geométricos), los confórmeros o isómeros
conformacionales y, en las moléculas con varios centros quirales, los
isómeros que pertenecen a distintas parejas de enantiómeros.
Si una molécula tiene varios centros quirales obtendremos diastereómeros
cambiando la configuración absoluta de uno de los centros quirales y
manteniendo la del resto; veámoslo en el ácido tartárico:
COOH
|
(R) H-C-OH
|
(S) H-C-OH
|
COOH
COOH
|
|
|
HO-C-H
(S)
H-C-OH (S)
COOH
Compuestos meso
Se denomina compuesto meso a aquel que, conteniendo átomos de carbono
asimétricos, es aquiral (existe un plano de simetría). Por lo tanto, su imagen
especular es en realidad el mismo compuesto.
Este tipo de compuestos carece de actividad optica a pesar de contener en
su estructura centros estereogénicos.
Los compuestos meso contienen un plano de simetría que divide la molécula
en dos, de tal forma que una mitad es la imagen especular de la otra
Las estructuras meso se basan en el número de centros estereogénicos
representados por la formula 2^n donde n es el número de centros y dicha
fórmula lo va a definir la cantidad de estereoisómeros que tenemos en la
molécula.
Por ejemplo, uno de los isómeros del ácido tartárico representado abajo es
un compuesto meso. Existe un plano especular interno, que biseca la
molécula: al rotar la molécula 180° sobre el plano perpendicular a la pantalla,
se obtiene la misma estereoquímica. (ver Proyección de Fischer)
ALQUENOS Y ALQUINOS.
NOMENCLATURA DE LOS ALQUENOS
El sufijo del nombre sistemático de los alquenos es eno. Los nombres
comunes de los
alquenos terminan con el sufijo ileno
CH2 = CH2
CH2 = CH - CH3
CH2 = CH - CH2 - CH3
CH3 - CH = CH - CH3
CH3 - C = CH2
CH3
Eteno o Etileno
Propeno o Propileno
1-Buteno o 1-Butileno
2-Buteno o 2-Butileno
2-Metilpropeno o Isobutileno
PROPIEDADES FISICAS DE LOS ALQUENOS
Como un alqueno solo es dos unidades atómicas mas ligero que su
correspondiente alcano,
sus propiedades físicas son semejantes.
Hidrogenación
Es la adición de los elementos del hidrógeno a un alqueno para formar el
alcano
correspondiente. La reacción requiere un catalizador metálico como platino,
paladio o
níquel y es de interés comercial en la fabricación de margarinas y grasas a
partir de aceites
vegetales poliinsaturados.
Oxidación de alquenos
Las sustancias cuyas moléculas tienen grupos alquenos reaccionan con
muchos agentes
oxidantes.
Al igual que los alcanos y los compuestos hidrocarbonados, en general,
combusten en
presencia del oxígeno del aire produciendo anhídrido carbónico, monóxido
de carbono o
Hidrocarburos Insaturados
16
carbono y agua dependiendo de las condiciones de la reacción y además
liberan el
correspondiente calor de combustión
El ozono fragmenta un alqueno en su enlace doble produciendo aldehídos o
cetonas de la
siguiente manera:
R - C = C - R'
R'' R'''
O3 H 2O R - C = O
R'' R'''
O = C - R' H 2O 2 + + + +
El ozono mata parcialmente las plantas, ya que ataca los dobles enlaces en
las moléculas de
clorofila , el pigmento verde mediante el cual las plantas realizan la
fotosíntesis
El permanganato de potasio y el bicromato de sodio acuoso y caliente actúan
en forma
vigorosa sobre los alquenos produciendo ácidos carboxílicos o cetonas según
que el doble
enlace atacado sea terminal o interior respectivamente
PROPIEDADES FISICAS DE LOS ALQUINOS
El acetileno es un gas incoloro, de olor dulce cuando está puro e insoluble en
agua. Es muy
sensible al impacto y suavemente explosivo. Para transportarlo sin peligro
debe disolverse
en acetona a presión moderada. El acetileno arde con una llama muy
luminosa. La
combustión del acetileno en los sopletes oxiacetilénicos genera suficiente
calor para cortar
y soldar metales.
6 COMPUESTOS AROMATICOS
El benceno
es un hidrocarburo aromático poliinsaturado de fórmula molecular C6H6, con
forma de anillo (se le llama anillo bencénico, o aromático, ya que posee un
olor característico) y puede considerarse una forma poliinsaturada del
ciclohexano. En el benceno cada átomo de carbono ocupa el vértice de un
hexágono regular, ocupa dos valencias con los dos átomos de carbonos
adyacentes, una tercera valencia con un átomo de hidrógeno y la cuarta
denominada 'oculta' dirigiéndola hacia el centro del anillo hexagonal
formada en algunos casos de carbono y en otros de alguna base nitrogenada.
Cada átomo de carbono comparte su electrón libre con toda la molécula
(según la teoría de orbitales moleculares), de modo que la estructura
molecular adquiere una gran estabilidad y elasticidad. El benceno es un
líquido incoloro y muy inflamable de aroma dulce, con un punto de fusión
relativamente alto.
Del benceno se derivan otros hidrocarburos de este tipo entre los que se
encuentran: el tolueno, el orto-xileno, el meta-xileno y el para-xileno y otros
llamados polinucleicos que son el naftaleno, el fenantreno, antraceno y el
pireno.
La aromaticidad
es común en compuestos derivados del benceno, tales como el tolueno y los
xilenos (configuraciones orto- y para-). Los compuestos heterocíclicos y
policíclicos también son aromáticos. La aromaticidad se puede encontrar en
ciertos compuestos iónicos. Muchos compuestos importantes de la vida son
aromáticos. Las bases orgánicas de DNA son aromáticos. Algunos de los
aminoácidos son aromáticos, y los compuestos clorofila y hemoglobina
también.
Para que un compuesto sea aromático tiene que cumplir la llamada Regla de
Hückel, que dice que la cantidad de electrones en los orbitales pi, tiene que
ser múltiplo de 4n + 2 para n = 0, 1, 2, 3, .7
Modelo orbital
MODELO DE RESONANCIA
Nomenclatura del benceno.
Regla 1. En bencenos monosustituidos, se nombra primero el radical y se
termina en la palabra benceno.
Regla 2. En bencenos disustituidos se indica la posición de los radicales
mediante los prefijos orto- (o-), meta (m-) y para (p-). También pueden
emplearse los localizadores 1,2-, 1,3- y 1,4-.
Regla 3. En bencenos con más de dos sustituyentes, se numera el anillo de
modo que los sustituyentes tomen los menores localizadores. Si varias
numeraciones dan los mismos localizadores se da preferencia al orden
alfabético.
Regla 4. Existen numerosos derivados del benceno con nombres comunes
que conviene saber:
Halogenacion del benceno.
El benceno reacciona con halógenos en presencia de ácidos de Lewis,
sustituyendo uno de sus hidrógenos por el halógeno.
Mecanismo de la halogenación
El catalizador interacciona con uno de los átomos de Br polarizando el
enlace de manera que el otro bromo adquiere la suficiente polaridad positiva
como para ser atacado por el benceno. La segunda etapa de la reacción
consiste en la recuparación de la aromaticidad del anillo por pérdida de un
protón
NITRACIÓN DEL BENCENO
La nitración del benceno no puede efectuarse sólo con ácido nítrico, se
necesita “activar” el nítrico mediante ácido sulfúrico, más fuerte que él. Se
piensa que en ésta reacción el electrófilo es el ion nitronio, NO2+, que se
genera a partir del ácido nítrico por protonación y pérdida de agua.
MECANISMO:
1) Activación del ácido nítrico por el ácido sulfúrico (formación del ion
nitronio)
Ion nitronio
2) Ataque electrófilico sobre el ion nitronio
3) Abstracción del protón por parte de la base conjugada del ácido
sulfúrico.
La sustitución electrófila aromática (SEAr)
es una reacción perteneciente a la química orgánica, en el curso de la cual un
átomo, normalmente hidrógeno, unido a un sistema aromático es sustituido
por un grupo electrófilo. Esta es una reacción muy importante en química
orgánica, tanto dentro de la industria como a nivel de laboratorio.
La halogenación aromática con bromo o cloro conduce a los correspondientes
haluros de arilo usando como catalizadores haluros de hierro (FeX3) o de
aluminio (AlX3).
Halogenación del benceno, X = Cl, Br. Siendo FeX3 o AlX3 el catalizador.
La nitración aromática para formar compuestos nitro aromáticos tiene lugar
mediante la generación de un ion nitronio (NO2+) a partir de ácido nítrico y
ácido sulfúrico.
Nitración del benceno
La sulfonación aromática del benceno con ácido sulfúrico fumante produce
ácido bencenosulfónico.
Sulfonación del benceno
La reacción de Friedel-Crafts en sus dos versiones de alquilación y acilación.
Teniendo como reactivos respectivamente haluros de alquilo o haluros de
acilo (también conocidos como haluros de ácido o haluros de alcanoílo).
Habitualmente el cloruro de aluminio (AlCl3) es el catalizador.
Ejemplo de acilación de Friedel-Crafts. Aunque no aparece, requiere
tratamiento acuoso final.
Ejemplo de alquilación de Friedel-Crafts.
Resumen de grupos activantes y desactivantes
Activantes fuertes Desactivantes fuertes
-NH2, -NHR, -NR2
-NHCOR, -OCOR
-OH, -OR
-NO2, -CF3, -N+R3
-COOH, -COOR, -COR
-SO3H, -CN
Activantes débiles Desactivantes débiles
-Alquilo,-Arilo
-halógeno
HIDROCARBURO AROMATICO POLICICLICO.
Un hidrocarburo aromático policíclico (HAP o PAH, por sus siglas en inglés)
es un compuesto químico que se compone de anillos aromáticos simples que
se han unido, y no contiene heteroátomos ni lleva sustituyentes.1 Los HAPs
se encuentran en el petróleo, el carbón y en depósitos de alquitrán y
también como productos de la utilización de combustibles (ya sean fósiles o
biomasa). Como contaminantes han despertado preocupación debido a que
algunos compuestos han sido identificados como carcinógenos, mutágenos y
teratógenos.
También se encuentran en el medio interestelar, en cometas y en
meteoritos, y son candidatos a moléculas básicas en el origen de la vida. En
el grafeno el motivo HAP se extiende en grandes láminas bidimensionales
7 COMPUESTOS ORGANICOS HALOGENADOS
Estructura de los halogenuros de alquilo.
La característica principal de la estructura del halogenuro de alquilo
es el átomo de halogenuro, X, y las reacciones características de un
halogenuro de alquilo son las que tienen lugar en el halógeno. El
átomo o grupo que define la estructura de una familia particular de
compuestos orgánicos y, al mismo tiempo, determina sus
propiedades se llama grupo funcional.
En los halogenuros de alquilo, el grupo funcional es el halógeno. No
debemos olvidar que un halogenuro de alquilo tiene un grupo alquilo
unido a este grupo funcional; en condiciones apropiadas, estas
partes alquílicas sufrirán las reacciones típicas de los alcanos. No
obstante, las reacciones que son características de la familia son las
que ocurren en el átomo de halógeno.
Por tanto, los diversos grupos funcionales son parte importante de
la química orgánica. Aprenderemos a asociar un conjunto particular
de propiedades con un grupo determinado dondequiera que lo
hallemos. Cuando nos encontramos con una molécula complicada que
contiene varios grupos funcionales diferentes, podemos esperar que
las propiedades de esta molécula sean aproximadamente una mezcla
de las propiedades de los distintos grupos presentes. Un compuesto
que contiene X y OH es a un tiempo un halogenuro de alquilo y un
alcohol; dependiendo de las condiciones experimentales, puede
sufrir reacciones características de ambos tipos de compuestos.
Las propiedades de un grupo pueden verse modificadas, por
supuesto, por la presencia de otro grupo, y para nosotros es
importante entender estas modificaciones; sin embargo, nuestro
punto de partida es la química de grupos funcionales individuales.
En este capítulo estudiaremos los halogenuros de alquilo de una
forma sistemática. Delinearemos su química, para concentración
luego en su reacción más importante: la sustitución nucleofílica.
Propiedades físicas de los halogenuros de alquilo
Debido a su mayor peso molecular, los haloalcanos tiene puntos de
ebullición considerablemente más altos que los alcanos de igual
número de carbonos (Tabla 1). Para un grupo alquilo dado, el punto
de ebullición aumenta con el incremento en el peso atómico del
halógeno, de modo que un fluoruro hierve a la temperatura más
baja, y un yoduro, a la más elevada.
Para un halógeno determinado, el punto de ebullición aumenta al
aumentar el número de carbonos: al igual que en los alcanos, el
aumento de punto de ebullición es de unos 20-30 grados por cada
carbono adicional, salvo en el caso de los homólogos muy pequeños.
Igual que antes, el punto de ebullición disminuye con el aumento de
las ramificaciones ya impliquen un grupos alquilo o al propio
halógeno.
Sustitución nucleofílica
Los componentes requeridos para la sustitución nucleofílica son: sustrato,
nucleófilo y disolvente. El sustrato consta de dos partes: grupo alquilo y
grupo saliente. Nos ocuparemos del grupo alquilo durante gran parte de este
capítulo; estudiaremos las funciones del disolvente en el capítulo 6. Por el
momento examinaremos los otros componentes de estos sistemas: los
nucleófilos y grupos salientes.
Mecanismo sn2
La SN2 (sustitución nucleófila bimolecular) es una reacción concertada, es
decir, transcurre en una única etapa.
El mecanismo consiste en el ataque del nucleófilo al carbono que contiene el
grupo saliente. Este carbono presenta una polaridad positiva importante,
debida a la electronegatividad del halógeno. Al mismo tiempo que ataca el
nucleófilo se produce la ruptura del enlace carbono-halógeno, obteniéndose
el producto final.
El estado de transición de la SN2 tiene la siguiente forma:
Mecanismo sn1
La SN1 tiene un mecanismo por etapas. En el primer paso se ioniza el
sustrato por pérdida del grupo saliente, sin que el nucleófilo actúe,
formándose un carbocatión. En el segundo paso el nucleófilo ataca al
carbocatión formado, obteniéndose el producto final.
Etapa 1. Disociación del sustrato, para formar el carbocatión. Es el paso
lento de la reacción.
Etapa 2. Ataque del nucleófilo al carbocatión formado.
Etapa 3. Desprotonación del agua para formar el alcohol
La etapa lenta del mecanismo es la formación del carbocatión, dependiendo
la velocidad exclusivamente del sustrato.
Estabilidad de los carbocation
La estabilidad de los carbocationes se incrementa con el número de grupos
alquilo unidos al átomo de carbono que lleva la carga. Los carbocationes
terciarios son más estables (y se forman más rápidamente) que los
carbocationes secundarios; los carbocationes primarios son altamente
inestable porque, mientras los carbocationes de orden mayor están
estabilizados por hiperconjugación y por impedimento estérico, los
carbocationes primarios no lo están. En consecuencia, reacciones como la
reacción SN1 y la reacción de eliminación E1 normalmente no ocurren si
involucrasen a un carbocatión primario. Una excepción a esto ocurre cuando
hay un enlace doble carbono-carbono en la posición 2 respecto al átomo de
carbono ionizado. Tales cationes, como el catión alilo CH2=CH-CH2+ y el
catión bencilo C6H5-CH2+ son más estables que los otros carbocationes. Las
moléculas que pueden formar carbocationes alilo o bencilo son altamente
reactivas.
Los carbocationes sufren reacciones de reordenamiento de estructuras
menos estables a estructuras igualmente estables o más estables con
constante de velocidad mayor a 1.0E9 s-1. Este hecho complica las
trayectorias de síntesis de muchos compuestos. Por ejemplo, cuando el 3pentanol se caliente con HCl acuoso, el carbocatión 3-pentilo formado se
transpone a una mezcla estadística de 3-pentil y 2-pentil. Estos cationes
reaccionan con ion cloruro para producir cerca de 1/3 de 3-cloropentano y
2/3 de 2-cloropetano.
Reacción de eliminación
En química orgánica, una reacción de eliminación es el proceso inverso a una
reacción de adición. Es una reacción orgánica en la que dos sustituyentes
son eliminados de una molécula, creándose también una insaturación, ya sea
un doble o triple enlace, o un anillo. En el caso particular de que los dos
grupos sean eliminados de un mismo centro el resultado sería un carbeno
:CR2.1
Las reacciones de eliminación más importantes son aquellas en las que los
dos grupos que se eliminan están situados en átomos adyacentes, dando
lugar a una nueva insaturación en la forma de un alqueno, un alquino o un
carbonilo.
MECANISMO E1
La eliminación unimolecular o E1 tiene lugar sobre derivados alquílicos
secundarios o terciarios según un mecanismo de dos étapas. En la primera se
produce la salida del grupo saliente para formar el carbocatión y a
continuación la pérdida de un protón en β para formar un doble enlace.
Mecanismo E 2
La eliminación bimolecular o E2 consiste en un mecanismo concertado de
abstracción de un protón por parte de una base fuerte y la salida simultánea
de un grupo saliente situado en β, en el carbono contiguo, formándose una
insaturación (doble enlace).
REACTIVOS ORGANOMETALICOS
Los metales, particularmente el litio y el magnesio, reaccionan con
haloalcanos generando reactivos organometálicos, en los cuales el átomo de
carbono se encuentra unido al metal. Estos reactivos son muy básicos y
nucleófilos, lo que permite utilizarlos para la formación de enlaces C-C
Los organolíticos se preparan por reacción de haloalcanos con litio metal en
un disolvente inerte (éter, THF).
Los magnesianos se preparan por reacción de haloalcanos y Magnesio metal.
La reactividad de los haloalcanos aumenta al pasar del cloro al yodo y el
flúor normalmente no se emplea en este tipo de reacciones.
Alcoholes, fenoles y tioles
Estructura.
La estructura de un alcohol se asemeja a la del agua puesto que un alcohol
procede de la sustitución formal de uno de los hidrógenos del agua por un
grupo
alquilo.
En el agua el ángulo del enlace H-O-H es de 104.5º y el ángulo que forman
los
dos pares de electrones no compartidos es de 114º. Estos ángulos de enlace
se
pueden explicar admitiendo una hibridación sp3 en el átomo de oxígeno.
Ahora bien,
no hay ninguna razón para que un átomo (oxígeno, nitrógeno, carbono, etc)
forme un
conjunto de orbitales híbridos equivalentes cuando no todos los orbitales se
van a
utilizar del mismo modo. En el agua los orbitales híbridos sp3 que se van a
emplear en
los enlaces con los átomos de hidrógeno tienen un menor carácter s, lo que
explica la
disminución del ángulo de enlace tetraédrico desde 109.5º a 104.5º. Por otra
parte, los
dos orbitales híbridos sp3, que contienen a los dos pares de electrones no
enlazantes,
tienen un mayor carácter s, lo que explica el aumento del ángulo de enlace
desde
109.5º a 114º. El aumento del ángulo de enlace entre los pares de electrones
no
compartidos tiene un efecto estabilizante al disminuir la repulsión
electrónica entre los
mismos.
En el metanol el ángulo del enlace C-O-H es de 108.9º. Este ángulo es mayor
que en el agua debido a la presencia del grupo metilo, mucho más voluminoso
que el
átomo de hidrógeno, que contrarresta el efecto de compresión del ángulo de
enlace
que provocan los dos pares de electrones no enlazantes.
Las longitudes de enlace O-H son aproximadamente las mismas en el agua
que
en los alcoholes, pero la distancia de enlace C-O es bastante mayor (1.4 Å)
debido al
mayor radio covalente del carbono en comparación con el del hidrógeno.
En el siguiente diagrama de interacción orbitálica se representa la
formación del
enlace C-O en los alcoholes y las energías de enlace en el metanol.
Nomenclatura de los alcoholes.
Para nombrar a los alcoholes se elige la cadena más larga que contenga el
grupo hidroxilo (OH) y se numera dando al grupo hidroxilo el localizador más
bajo
posible. El nombre de la cadena principal se obtiene cambiando la
terminación –o del
alcano por –ol.
Una manera de organizar la familia de los alcoholes es clasificar a los
alcoholes
en primarios, secundarios o terciarios de acuerdo con el tipo de átomos de
carbono
enlazados al grupo OH. En la siguiente tabla se indican las estructuras de
los
alcoholes según su grado de sustitución.
Acidez de los alcoholes.
Al igual que el protón del hidroxilo del agua, el protón del hidroxilo de un
alcohol
es débilmente ácido. Una base fuerte puede sustraer el protón del hidroxilo
de un
alcohol para generar un alcóxido.
base
ROH+BRO+BH
alcohol alcóxido
(ácido) (base conjugada)
La constante de disociación de un alcohol queda definida por el siguiente
Equilibrio.
La constante de disociación ácida de los alcoholes varía según su estructura
desde aproximadamente 10-16 para el metanol hasta aproximadamente 1019 par la
mayor parte de los alcoholes terciarios.
La acidez de los alcoholes disminuye a medida que aumenta el grado de
sustitución en el resto alquílico.
Oxidación de alcoholes.
La oxidación de los alcoholes es una reacción orgánica muy común porque,
según el tipo de alcohol y el oxidante empleado, los alcoholes se pueden
convertir en
aldehídos, en cetonas o en ácidos carboxílicos. La oxidación de un alcohol se
consigue cuando el número de enlaces C-O aumenta en el átomo de carbono
del
carbinol (C-OH). A continuación, se comparan los distintos estados de
oxidación que
pueden adquirir los alcoholes primarios, secundarios y terciarios.
(no hay oxidación ulterior)
(no hay oxidación ulterior)
Oxidación de alcoholes secundarios.
La oxidación de alcoholes secundarios proporciona cetonas. Uno de los
oxidantes más empleados para efectuar esta conversión es el ácido crómico.
El mecanismo de la oxidación de un alcohol secundario implica primero la
formación de un éster del ácido crómico (un cromato de alquilo). A
continuación, se
produce una reacción de eliminación en el cromato que origina la cetona. La
reacción
de eliminación es similar mecanísticamente al proceso de eliminación E2 que
se ha
visto en el tema anterior.
El cromo (IV) que se forma en el proceso de oxidación continua
reaccionando
para dar la forma reducida estable cromo (III). Tanto el dicromato de
sodio como el
ácido crómico son de color naranja, mientras que le ión crómico es de color
azul
verdoso. El cambio de color observado en las reacciones con el ácido
crómico se
puede emplear como ensayo de la presencia de un alcohol oxidable.
Oxidación de alcoholes primarios.
La oxidación de un alcohol primario conduce a un aldehído. Sin embargo, a
diferencia de las cetonas, los aldehídos se pueden continuar oxidando para
dar lugar a
ácidos carboxílicos. Muchos agentes oxidantes no son quimioselectivos
porque no
permiten parar la oxidación de un alcohol primario en la etapa de aldehído,
de manera
que el alcohol primario, a través del aldehído, acaba oxidándose hasta ácido
carboxílico. Uno de los reactivos que convierten directamente a los
alcoholes primarios
en ácidos carboxílicos es precisamente el ácido crómico.
ácido ciclohexanocarboxílico
Na2Cr2O7, H2SO4
Para conseguir la oxidación controlada de alcoholes primarios a aldehídos se
deben emplear otros oxidantes basados en Cr(VI), como el reactivo de
Collins, que es
un complejo de CrO3 con dos moléculas de piridina, o el clorocromato de
piridinio
(PCC), que es una versión del anterior pero mucho más soluble en
diclorometano
(CH2Cl2).
Propiedades de los alcoholes
Los alcoholes son compuestos que presentan en la cadena carbonada uno o
más grupos hidroxi u oxidrilo (-OH).
Las propiedades físicas de un alcohol se basan principalmente en su
estructura. El alcohol esta compuesto por un alcano y agua. Contiene un
grupo hidrofóbico (sin afinidad por el agua) del tipo de un alcano, y un grupo
hidroxilo que es hidrófilo (con afinidad por el agua), similar al agua. De
estas dos unidades estructurales, el grupo –OH da a los alcoholes sus
propiedades físicas características, y el alquilo es el que las modifica,
dependiendo de su tamaño y forma.
El grupo –OH es muy polar y, lo que es más importante, es capaz de
establecer puentes de hidrógeno: con sus moléculas compañeras o con otras
moléculas neutras.
Solubilidad:
Puentes de hidrógeno: La formación de puentes de hidrógeno permite la
asociación entre las moléculas de alcohol. Los puentes de hidrógeno se
forman cuando los oxígenos unidos al hidrógeno en los alcoholes forman
uniones entre sus moléculas y las del agua. Esto explica la solubilidad del
metanol, etanol, 1-propanol, 2-propanol y 2 metil-2-propanol.
Existen alcoholes de cuatro átomos de carbono que son solubles en agua,
debido a la disposición espacial de la molécula. Se trata de moléculas
simétricas.
Existen alcoholes con múltiples moléculas de OH (polihidroxilados) que
poseen mayor superficie para formar puentes de hidrógeno, lo que permiten
que sean bastante solubles en agua.
Punto de Ebullición: Los puntos de ebullición de los alcoholes también son
influenciados por la polaridad del compuesto y la cantidad de puentes de
hidrógeno. Los grupos OH presentes en un alcohol hacen que su punto de
ebullición sea más alto que el de los hidrocarburos de su mismo peso
molecular. En los alcoholes el punto de ebullición aumenta con la cantidad de
átomos de carbono y disminuye con el aumento de las ramificaciones. El
punto de fusión aumenta a medida que aumenta la cantidad de carbónos.
Densidad: La densidad de los alcoholes aumenta con el número de carbonos y
sus ramificaciones. Es así que los alcoholes alifáticos son menos densos que
el agua mientras que los alcoholes aromáticos y los alcoholes con múltiples
moléculas de –OH, denominados polioles, son más densos.
Propiedades Químicas: Los alcoholes pueden comportarse como ácidos o
bases, esto gracias al efecto inductivo, que no es más que el efecto que
ejerce la molécula de –OH como sustituyente sobre los carbonos
adyacentes. Gracias a este efecto se establece un dipolo.
Nomenclatura de fenoles
Para nombrar a los fenoles, se utiliza generalmente la terminación ol.
Primero colocamos el localizador, a continuación escribimos la raíz del
nombre del hidrocarburo aromático y añadimos la terminación ol.
1. Nombramos los sustituyentes que se encuentren en la cadena principal,
pero considerando siempre las reglas propuestas en los alcanos, alquenos,…
etc.
2. Identificada la cadena principal, siempre le damos al grupo OH el
localizador más bajo.
Ejercicios Complejos:
1. Cadena principal unida al grupo OH
2.4-6-8-9 sustituyentes
3. Localizador (raíz número de átomos de carbono) _terminación ol.
1. Cadena principal unida al grupo OH
2.3-5-6-8-10 sustituyentes
3. Localizador (raíz número de átomos de carbono) _terminación ol
1. Cadena principal unida al grupo OH
2.4-5-7-9 sustituyentes
3. Localizador (raíz número de átomos de carbono) _terminación ol.
1. Cadena principal unida al grupo OH
2. 3-5-6-7 sustituyentes
3. Localizador (raíz número de átomos de carbono) _terminación ol.
1. Cadena principal unida al grupo OH
2. 2-3-4 sustituyentes
3. Localizador (raíz número de átomos de carbono) _terminación ol.
1. Cadena principal unida al grupo OH
2. 1-5-7 sustituyente3. Localizador (raíz número de átomos de carbono) _
terminación ol.
Preparación de alcoholes
La mayoría de los alcoholes simples y algunos de los complicados pueden
ser proporcionados por las fuentes industriales descritas en la sección 6.
Otros alcoholes deben ser preparados por alguno de los métodos descritos
a continuación.
5.Condensación aldólica.
6.
Reducción de compuestos carbonílicos.
6. 7.
Reducción de ácidos y ésteres.
7. 8.
Hidroxilación de alquenos.
De los dos esquemas para la síntesis de alcoholes o, por así decirlo, para la
mayoría de los demás tipos de compuestos, podemos seguir uno. (a)
Mantener el esqueleto carbonado original, convirtiendo simplemente un
grupo funcional en otro hasta lograr un alcohol, o (b) generar un esqueleto
carbonado nuevo, más grande, produciendo simultáneamente un alcohol.
La síntesis de Grignard es, sin duda, el método más importante para
preparar alcoholes.
Este es un ejemplo del segundo esquema, ya que conduce a la formación de
enlaces carbono-carbono. En laboratorio, al químico le preocupa
principalmente la preparación de los alcoholes más complicados, que no se
pueden comprar; se obtienen mediante la síntesis de Grignard de materias
primas bastante sencillas. Los halogenuros de alquilo para hacer los
reactivos de Girgnard, además de los aldehídos y las cetonas, se obtienen
mejor de los alcoholes, lo que quiere decir, en pocas palabras, que el método
consiste en sintetizar alcoholes a partir de alcoholes menos complicados.
Pueden obtenerse alcoholes de compuestos que contienen dobles enlaces
carbono-carbono siguiendo dos vías: la oximercuración-desmercuración y la
hidroboración-oxidación.
Ambas consisten en la adición de agua a la unión doble, pero con orientación
opuesta Markovnikov y antiMarkovnikov- por lo que los dos métodos se
complementan perfectamente.
La hidrólisis de halogenuros de alquilo es muy limitada como método de
síntesis de alcoholes, puesto que éstos generalmente son de mayor
disponibilidad que los halogenuros correspondientes; de hecho, el mejor
método general para preparar halogenuros de alquilo es a partir de
alcoholes. Sin embargo, la síntesis del alcohol bencílico a partir de tolueno
es un ejemplo de una aplicación útil de este proceso.
CH3
CH2
CI2, calor, luz
Tolueno
CH2
CI
OH
NaOH acuoso
Cloruro de bencilo
Alcohol bencílico
Para aquellos halogenuros que pueden sufrir eliminación, debe ser
considerada siempre como una posible reacción colateral.
Oxidación de fenoles:
El fenol en forma pura es un sólido cristalino de color blanco-incoloro a
temperatura ambiente. Su fórmula química es C6H5OH, y tiene un punto de
fusión de 43 ºC y un punto de ebullición de 182 ºC. El fenol no es un alcohol,
debido a que el grupo funcional de los alcoholes es R-OH,y en el caso del
fenol es Ph-OH. El fenol es conocido también como ácido fénico o ácido
carbólico, cuya Ka es de 1,3 · 10-10. Puede sintetizarse mediante la oxidación
parcial del benceno.
Industrialmente se obtiene mediante oxidación de cumeno (isopropil
benceno) a hidroperóxido de cumeno, que posteriormente, en presencia de
un ácido, se excinde en fenol y acetona, que se separan por destilación.
El fenol es una sustancia manufacturada. El producto comercial es un
líquido. Tiene un olor repugnantemente dulce y alquitranado.
Se puede detectar el sabor y el olor del fenol a niveles más bajos que los
asociados con efectos nocivos. El fenol se evapora más lentamente que el
agua y una pequeña cantidad puede formar una solución con agua. El fenol se
inflama fácilmente, es corrosivo y sus gases son explosivos en contacto con
la llama.
El fenol se usa principalmente en la producción de resinas fenólicas.
También se usa en la manufactura de nylon y otras fibras sintéticas. El
fenol es muy utilizado en la industria química, farmacéutica y clínica como
un potente fungicida, bactericida, sanitizante, antiséptico y desinfectante,
también para producir agroquímicos, policarbonatos, en el proceso de
fabricación de ácido acetilsalicílico (aspirina) y en preparaciones médicas
como enjuagues bucales y pastillas para el dolor de garganta.
De ser ingerido en altas concentraciones, puede causar envenenamiento,
vómitos, decoloración de la piel e irritación respiratoria. Era la sustancia
utilizada en los campos de concentración nazis desde agosto de 1941 para
disponer de las llamadas "inyecciones letales" (inyección de fenol de 10
cm3). Desafortunadamente es uno de los principales desechos de industrias
carboníferas y petroquímicas; como consecuencia el fenol entra en contacto
con cloro en fuentes de agua tratadas para consumo humano, y forma
compuestos fenilclorados, muy solubles y citotóxicos por su facilidad para
atravesar membranas celulares.
ETERES, EPOXIDOS Y SULFUROS.
Nomenclatura de los éteres
Los éteres son compuestos de fórmula general R-O-R, Ar-O-R o Ar-OAr.
Para designar los éteres, por lo general se indican los dos grupos unidos al
oxígeno, seguidos de la palabra éter:
CH3
C2H5OC2H5
Dietil éter
CH3CH O CHCH3
Diisopropil éter
CH3
CH3
O C CH3
CH3
t-Butil metil
éter
CH3
CH3
CH3
C O
H
Fenil isopropil éter
Si un grupo no tiene un nombre simple, puede nombrarse el compuesto como
un alcoxi derivado:
CH3CH2CH2CHCH2CH3
COOH
C2H5O
OCH3
CH2CH2
HO OC2H5
Acido el metil fenil éter,
El más3-Metoxihexano
simple de los éteres aril alquílicos,
tiene el
2-Etoxietanol
p-etoxibenzoico
nombre especial de anisol.
OCH3
Anisol
Si los dos grupos son idénticos, se dice que el éter es simétrico (por
ejemplo, dietil éter, diisopropil éter); si son diferentes, es asimétrico
(por ejemplo, t-butil metil éter).
Propiedades física de los eteres
Debido a que el ángulo del enlace C-o-C no es de 180º, los momentos
dipolares de los dos enlaces C-O no se anulan; en consecuencia, los éteres
presentan un pequeño momento dipolar neto (por ejemplo, 1.18 D para el
dietil éter).
R
110º O
R
momento
dipolar neto
Esta polaridad débil no afecta apreciablemente a los puntos de
ebullición de los éteres, que son similares a los de los alcanos de
pesos moleculares comparables y mucho más bajos que los de los
alcoholes isómeros. Comparemos, por ejemplo, los puntos de ebullición
del n-heptano (98ºC), el metil n-pentil éter (100ºC) y el alcohol
hexílico (157ºC). Los puentes de hidrógeno que mantienen firmemente
unidas las moléculas de alcoholes
Tabla 19.1 ETERES
P.e.,
P.e.,
P.f.,
Nombre
P.f.,
Nombre
ºC
ºC
ºC
ºC
Anisol
-37
154
Dimetil éter
-140
-24
(Fenil metil éter)
Dietil éter
-116
34,6
Fenetol
-33
172
Di-n-propil éter
-122
91
(Etil fenil éter)
Diisopropil éter -60
69
Difienl éter
27
259
Di-n-butil éter
-95
142
1,4-Doxano
11
101
Divinil éter
35
Tetrahidrofurano
-108
66
Dialil éter
94
no son posibles para los éteres, pues éstos sólo tienen hidrógeno unido
a carbono.
Por otra parte, los éteres presentan una solubilidad en agua
comparable a la de los alcoholes: tanto el dietil éter como el alcohol
n-butílico, por ejemplos, tienen una solubilidad de unos 8 g por 100g
de agua. La solubilidad de los alcoholes inferiores se debe a los
puentes de hidrógeno entre moléculas de agua y de alcohol; es
probable que la solubilidad de los éteres en agua se debe a la misma
causa.
H
R O H O
R
Preparación de eteres
En laboratorio, la síntesis de Williamson para éteres es importante por
su versatilidad: puede emplearse tanto para obtener éteres simétricos
como asimétricos.
En la síntesis de Wllamson se hace reaccionar un halogenuro de
alquilo ( halgenuro de alquilio sustituido) con un alcóxido o un
fenóxido de sodio:
R X + Na+ -O R'
R O R' + Na+X-
R X + Na+
R O Ar + Na+X-
-O
Ar
Para la preparacón de aril metil éteres se suele utilizar sulfato de metilo,
(CH3)2SO4, en lugar de los mucho más caros halogenuros de alquilo.
CH3
CH3
CH3Br + Na+ -O C CH3
CH3
CH3
Metil t-butil éter
CH3
t-Butóxido
de sodio
O H + CH3OSO2OCH3
Fenol
O C CH3
NaOH (ac)
Sulfato de metilo
Bromuro de bencilo
Anisol
NaOH (ac)
CH2Br + H O
O CH3 + CH3OSO3 Na+
Fenol
CH2
O
Bencil fenil éter
La síntesis de Wlliamson implica la sustitución nucleofílca de un ion
alcóxido o fenóxido por un ion halogenuro, y es estrictamente análoga a
la preparación de alcoholes por tratamiento de halogenuros de alquilo
con hidróxido acuoso. En general no pueden utilizarse los halogenuros
de arilo, debido a su poca reactividad hacia la sustitución nucleofílica.
Los alcóxidos de sodio se obtienen por acción directa del sodio
metálico sobre alcoholes secos:
RO-Na+ + 1/2 H2
Un alcóxido
ROH + Na
Por otra parte, debido a la apreciable acidez de los fenoles, los
fenóxidos de sodio se preparan por la acción del hidróxido de sodio acuoso
sobre fenoles:
ArOH + Na+ -OH
Un fenol
Acido
más fuerte
Si se desea obtener un éter dialquílico
entre dos combinaciones de reactivos;
superior a la otra. En la preparación
ejemplo, son lógicas las combinaciones
ArO-Na+ + H2O
Un fenóxido Agua
Acido
más débil
asimétrico, podemos elegir
una de ellas es casi siempre
del t-butil etil éter, por
siguientes:
CH3
CH3
CH3CH2
CH3CH2Br + Na+ -O C CH3 Factible
CH3
O C CH3
CH3
CH3
Para la preparación de un alquil aril éter hay también dos combinaciones a
tener en cuenta, pero en general una puede rechazarse de inmediato.
Por ejemplos, el fenil n-propil éter únicamente puede prepararse a
partir del halogenuro de alquilo y el fenóxido puesto que el
halogenuro de arilo es muy poco reactivo con los alcóxidos.
CH3CH2CH2Br + Na+ -O
Bromuro
de n-propilo
Fenóxido de sodio
Br + Na+ -OCH2CH2CH3
Bromobenceno
CH3CH2CH2
O
+ Na+ Br-
Fenil n-propil éter
no hay reacción
n-Propóxido de sodio
Puesto que los alcóxidos y fenóxidos se preparan con los alcoholes y
fenoles correspondientes, y los halogenuros de alquilo con alcoholes,
la síntesis de Williamson implica la obtención de un éter mediante dos
alcoholes.
Reacción de apertura de epóxidos
Los epóxidos, éteres cíclicos de tres eslabones, se pueden obtener por
reacción
de alquenos con peroxiácidos (RCO3H). El peroxiácido reacciona con el
alqueno
mediante una reacción electrofílica concertada en la que los enlaces se
forman y se
rompen al mismo tiempo. La reacción entre la olefina y el peroxiácido tiene
lugar
mediante un único paso mecanístico y los productos del proceso son el
epóxido y el
ácido carboxílico (ver también tema 6).
Como la reacción de epoxidación tiene lugar en un solo paso la
estereoquímica
presente en el alqueno se retiene en el epóxido. El ácido peroxibenzoico
(PhCO3H) y
el ácido m-cloroperoxibenzoico (m-ClC6H4CO3H, MCPBA) son dos de los
reactivos de
más empleados en reacciones de epoxidación.
Se puede considerar la epoxidación como una reacción entre el doble enlace
nucleofílico y el peroxiácido electrofílico. En este sentido, la epoxidación
será más
rápida cuanto más nucleofílico sea el doble enlace. Como las cadenas
alifáticas ceden
densidad electrónica, los dobles enlaces más sustituidos son más
nucleofílicos que los
menos sustituidos y se epoxidan con más rapidez. Esto permite conseguir
reacciones
de epoxidación regioselectivas en sustratos que contengan mas de un enlace
doble,
como en el ejemplo que se da a continuación.
Sulfuros: estructura, síntesis y aplicaciones
Los sulfatos son las sales o los ésteres del ácido sulfúrico. Contienen como
unidad común un átomo de azufre en el centro de un tetraedro formado por
cuatro átomos de oxígeno.
Síntesis
La mayor parte de los sulfatos se genera a partir de una base y del ácido
sulfúrico o por reacción del ácido sulfúrico con el metal esto puede generar
trasplantes en el átomo de oxigeno.
Aplicaciones
Las aplicaciones de los sulfatos suelen variar enormemente según el metal al
que están unidos. Así el sulfato sódico, por ejemplo, se utiliza en la
fabricación del vidrio, como aditivo en los detergentes, etc.; el sulfato de
cobre se aprovecha en la fabricación de la viscosa según un determinado
proceso.
Yeso y barita se utilizan en la construcción y como aditivos en la fabricación
de papel y cartulina. El sulfato de bario también se utiliza en medicina para
realizar radiografías de contraste.
Los sulfatos son parte esencial de unas sales dobles como los alumbres de
fórmula general AB(SO4)2 · 12 H2O, siendo A y B cationes con carga +1 y +3
respectivamente. La más conocida es la alumbre de sodio formada con sodio
y aluminio.
ALDEHIDOS Y CETONAS. EL GRUPO CARBONILO.
Nomenclatura de aldehídos y cetonas
Aldehídos
El sistema de nomenclatura corriente consiste en emplear el nombre del
alcano correspondiente terminado en -al.
Cuando el grupo CHO es sustituyente se utiliza el prefijo formil-.
También se utiliza el prefijo formil- cuando hay tres o más funciones
aldehídos sobre el mismo compuesto .En esos casos se puede utilizar otro
sistema de nomenclatura que consiste en dar el nombre de carbaldehído a
los grupos CHO (los carbonos de esos CHO no se numeran, se considera que
no forman parte de la cadena).Este último sistema es el idóneo para
compuestos con grupos CHO unidos directamente a ciclos.
Cetonas
Para nombrar los cetonas tenemos dos alternativas:
1. El nombre del hidrocarburo del que procede terminado en -ona .Como
sustituyente debe emplearse el prefijo oxo-.
2. Citar los dos radicales que están unidos al grupo carbonilo por
orden alfabético y a continuación la palabra cetona.
Extructura del grupo carbonilo
en la química orgánica, un grupo carbonilo es un grupo funcional que consiste
en un átomo de carbono con un doble enlace a un átomo de oxígeno. La
palabra carbonilo puede referirse también al monóxido de carbono como
ligando en un complejo inorgánico u organometálico (e.g. níquel carbonilo); en
este caso, el carbono tiene un doble enlace con el oxígeno.
Propiedades físicas
Los compuestos carbonílicos presentan puntos de ebullición más bajos que
los alcoholes de su mismo peso molecular.No hay grandes diferencias entre
los puntos de ebullición de aldehídos y cetonas de igual peso molecular.
Los compuestos carbonílicos de cadena corta son solubles en agua y a
medida que aumenta la longitud de la cadena disminuye la solubilidad.
Preparación de aldehídos y cetonas
Algunos de los métodos de preparación ya los conocemos:




Oxidación de alcoholes y fenoles
Ozonolisis de alquenos
Hidratación de alquinos
Acilación de Friedel-Crafts
Pero existen otros que todavía no hemos visto:








Reacciones pericíclicas
Hidrólisis de dihaluros geminales
Formilación de anillos aromáticos
Hidroformilación de olefinas
Deshidratación de dioles vecinales
Reacción de organocupratos y organocádmicos con haluros de ácido
Transposición de Fries
Adición de organometálicos a nitrilos
Adición nucleofílica al cardonilo
El grupo carbonilo, C=O, rige la química de aldehídos y cetonas de
dos maneras:
(a) proporcionando un sitio para la adición nucleofílica, y
(b) aumentado la acidez de los átomos de hidrógeno unidos al
carbono alfa. Estos dos efectos concuerdan con la estructura del
grupo carbonilo y se deben, de hecho, a lo mismo: la capacidad
del oxígeno para acomodar una carga negativa.
En esta sección
examinaremos el grupo carbonilo como lugar para la
adición nucleofílica.
El carbonilo contiene un
doble enlace carbono-oxígeno. Como los
electrones n móviles son fuertemente atraídos por el oxígeno, el
carbono carbonílico es deficiente en electrones, mientras que el
oxígeno es rico en ellos. Por ser plano, la parte de la molécula que lo
contiene queda abierta al ataque relativamente libre por arriba y por
abajo, en dirección perpendicular al plano del grupo, por lo que no es
de sorprender que este accesible grupo polarizado sea muy reactivo.
¿Qué tipo de reactivo ataca a un grupo así? Dado que el paso
importante de estas reacciones es la formación de un enlace con el
carbono carbonílico deficiente en electrones (electrofílico), este grupo
es más suceptible al ataque por reactivos nucleofílicos ricos en
electrones; esto es, por bases. La reacción típica de aldehídos y
cetonas es la adición nucleofílica.
R'
:Z
C O
R
Reactivo
Trigonal
R'
C
R
Z
Z
Z
&O
Estado de
transición
Haciéndose tetraédrico
Carga negativa parcial
sobre el oxígeno
R'
C
R
H2O
R'
O-
C
R
OH
Producto
Tetraédrico
Carga negativa
sobre el oxígeno
Como es de suponer, puede obtenerse una descripción mucho más
realista de la reactividad del grupo carbonilo estudiando el estado de
transición para el ataque de un nucleófilo. En el reactivo, el carbono
es trigonal; en el estado de transición, el carbono comienza a adquirir
la configuración tetraédrica que tendrá en el producto: los grupos
unidos a él se acercan entre sí. Es de suponer que habrá un
impedimento estérico moderado en esta reacción; es decir, grupos
más grandes (R y R’) tenderán a resistir más la aglomeración entre
ellos
que los más pequeños. Sin embargo, el estado de transición es
relativamente holgado si lo comparamos, por ejemplo, con el estado
de transición para una reacción SN2 con su carbono pentavalente a
la que nos referimos cuando decimos que el grupo carbonilo es
accesible al ataque.
Estructuras cíclicas de los azucares
Cada átomo de carbono en una molécula de azúcar tiene un hidrógeno y un grupo
hidroxilo (-OH), excepto el átomo de carbono que también tiene un grupo
carbonilo (=O), como se muestra en la figura de abajo.
Las mayores diferencias entre los azúcares y los hidrocarburos son:
Solubilidad: Los azúcares son muy polares, debido a sus
grupos -OH, y se disuelven rápidamente en el agua.
Contenido de energía: Los azúcares contienen solamente la
mitad de la energía de los hidrocarburos.
Si el grupo carbonilo se localiza en una parte terminal del azúcar, se
clasifica como grupo aldehído y se le llama aldosa. Si se localiza en un
carbono interno, se clasifica como grupo cetona y el azúcar es una
cetosa.
Los nombre de los azúcares tienen la terminación -osa. Los ejemplos
más comunes son la glucosa, fructuosa, sacarosa y lactosa.
Nucleófilos de carbono
Lo son reactivos organometálicos como los reactivos de Grignard o reactivos
de alquil-litio. Lo son en general los carbaniones.
Reducción, reacción oxidación
Las reacciones de reducción-oxidación (también conocidas como reacciones
redox) son las reacciones de transferencia de electrones. Esta
transferencia se produce entre un conjunto de elementos químicos, uno
oxidante y uno reductor (una forma reducida y una forma oxidada
respectivamente).
Para que exista una reacción redox, en el sistema debe haber un elemento
que ceda electrones y otro que los acepte:


El agente reductor es aquel elemento químico que suministra
electrones de su estructura química al medio, aumentando su estado
de oxidación, es decir; oxidándose.
El agente oxidante es el elemento químico que tiende a captar esos
electrones, quedando con un estado de oxidación inferior al que tenía,
es decir; reducido.
Cuando un elemento químico reductor cede electrones al medio se convierte
en un elemento oxidado, y la relación que guarda con su precursor queda
establecida mediante lo que se llama un par redox. Análogamente, se dice
que cuando un elemento químico capta electrones del medio se convierte en
un elemento reducido, e igualmente forma un par redox con su precursor
reducido.
Oxidación
Oxidación del hierro.
La oxidación es una reacción química muy poderosa donde un compuesto
cede electrones, y por lo tanto aumenta su estado de oxidación.
Se debe tener en cuenta que en realidad una oxidación o una reducción es un
proceso por el cual cambia el estado de oxidación de un compuesto. Este
cambio no significa necesariamente un intercambio de electrones. Suponer
esto -que es un error común- implica que todos los compuestos formados
mediante un proceso redox son iónicos, puesto que es en éstos compuestos
donde sí se da un enlace iónico, producto de la transferencia de electrones.
Por ejemplo, en la reacción de formación del cloruro de hidrógeno a partir
de los gases dihidrógeno y dicloruro, se da un proceso redox y sin embargo
se forma un compuesto covalente.
Estas dos reacciones siempre se dan juntas, es decir, cuando una sustancia
se oxida, siempre es por la acción de otra que se reduce. Una cede
electrones y la otra los acepta. Por esta razón, se prefiere el término
general de reacciones redox.
La propia vida es un fenómeno redox. El oxígeno es el mejor oxidante que
existe debido a que la molécula es poco reactiva (por su doble enlace) y sin
embargo es muy electronegativo, casi como el flúor.
La sustancia más oxidante que existe es el catión KrF+ porque fácilmente
forma Kr y F+.
Entre otras, existen el permanganato de potasio (KMnO4), el óxido de cromo
(VII) (Cr2O7), el agua oxigenada (H2O2), el ácido nítrico (HNO3), los
hipohalitos y los halatos (por ejemplo el hipoclorito sódico (NaClO) muy
oxidante en medio alcalino y el bromato potásico (KBrO3)). El ozono (O3) es
un oxidante muy enérgico:
Br− + O3 → BrO3−
El nombre de "oxidación" proviene de que en la mayoría de estas reacciones,
la transferencia de electrones se da mediante la adquisición de átomos de
oxígeno (cesión de electrones) o viceversa. Sin embargo, la oxidación y la
reducción puede darse sin que haya intercambio de oxígeno de por medio,
por ejemplo, la oxidación de yoduro de sodio a yodo mediante la reducción
de cloro a cloruro de sodio:
2 NaI + Cl2 → I2 + 2 NaCl
Esta puede desglosarse en sus dos semirreacciones correspondientes:


2I− → I2 + 2 e−
Cl2 + 2 e− → 2 Cl
Ejemplo
El hierro puede presentar dos formas oxidadas:


Óxido ferroso: FeO.
Óxido férrico: Fe2O3
[editar] Reducción
En química, reducción es el proceso electroquímico por el cual un átomo o ion
gana electrones. Implica la disminución de su estado de oxidación. Este
proceso es contrario al de oxidación.
Cuando un ion o un átomo se reduce presenta estas características:




Gana electrones.
Actúa como agente oxidante.
Es reducido por un agente reductor.
Disminuye su estado o número de oxidación.
Ejemplo
El ion hierro (III) puede ser reducido a hierro (II):
Fe3+ + e− → Fe2+
En química orgánica, la disminución de enlaces de átomos de oxígeno a
átomos de carbono o el aumento de enlaces de hidrógeno a átomos de
carbono se interpreta como una reducción. Por ejemplo:

CH≡CH + H2 → CH2=CH2 (el etino se reduce para dar eteno).

CH3–CHO + H2 → CH3–CH2OH (el etanal se reduce a etanol).