Unidad:Diversidad de compuestos orgánicos,

isomería y reactividad.

GRUPOS FUNCIONALES

El átomo, o grupos de ellos, que confiere a un compuestopropiedades particulares se denomina “grupo funcional”.

Grupos Funcionales

1. COMPUESTOS ORGÁNICOS OXIGENADOS.

a. ALCOHOLES

• Los alcoholes contienen el grupo funcional – OH, o grupohidroxilo.

• Su fórmula general es R – OH.• Se forman al sustituir un hidrógeno (H) de la molécula de agua

(H2O) por un grupo sustituyente (R) R – O – H. El enlace O – H espolar, por lo cual los alcoholes son solubles en agua a diferenciade los hidrocarburos, por ser moléculas apolares.

• Como sustituyente el grupo OH se nombra como hidroxi.• Los alcoholes son usados como solventes en la presencia de

pinturas, productos farmacéuticos y otros compuestos.• El alcohol más simple es el metanol (CH3 – OH), conocido como

alcohol metílico o alcohol de madera.

a.1 TIPOS DE ALCOHOLES

PRIMARIOS: Un alcohol es primario, si el átomo de hidrogeno (H)sustituido por el grupo oxidrilo (-OH) pertenece a un carbón (C)primario.

SECUNDARIOS: Si el átomo de hidrogeno (H) sustituido por el grupooxidrilo (-OH) pertenece a un carbón (C) secundario.

TERCIARIOS: Si el átomo de hidrogeno (H) sustituido por el grupo oxidrilo(-OH) pertenece a un carbón (C) terciario.

a. 2 NOMENCLATURA

Para nombrar los alcoholes se debe seguir la siguiente nomenclatura:

• Se elige la cadena principal. La de mayor longitud que contenga elgrupo OH con el menor valor. Este grupo tiene preferencia sobrecadenas carbonadas, halogenadas, dobles y triples enlaces.

• Si la cadena tiene dobles enlaces, el alqueno lleva el nombre de lacadena larga terminado en ol.

• El nombre del alcohol se construye cambiando la terminación –o delalcano con igual número de carbonos por –ol. Finalmente se nombranprimero las ramificaciones en orden alfabético, luego se indican losnúmeros de carbonos donde se encuentran los grupos – OH, se nombrala cadena más larga con el prefijo que indica el número de átomos decarbono correspondiente terminado en ol o usando los prefijos queindican cantidad (di, tri, tetra…) terminando en ol.

EJERCICIOS

Los derivados aromáticos que presentan el grupo hidroxilo (– OH) seconocen como fenoles.

Los fenoles se nombran como los alcoholes, con la terminación –ol,añadida al nombre del hidrocarburo, cuando el grupo – OH es la funciónprincipal.

Cuando el grupo –OH no es la función principal se utiliza el prefijohidroxi, acompañado del nombre del hidrocarburo.

EJERCICIOS

b. ÉTERES

• Compuestos derivados del agua ( H – O – H) o del alcohol (R – OH)cuando se sustituye en ellos el hidrógeno, por cadenas carbonadas,generando la función éter.

• Fórmula general R – O – R”. Donde R y R”, corresponden a cadenasalifáticas o aromáticas.

• Presentan P.E y P.F similares a los hidrocarburos de igual masamolecular, pero más bajos que los alcoholes de igual masa, ya que noforman puentes de hidrógeno.

• Poco reactivos, se presentan en forma sólida, líquida y gaseosa.

b. 1 NOMENCLATURA

• Para nombrarlos, se consideran como ramificaciones cada cadenacarbonada que se ubica a la izquierda y derecha del átomo deoxígeno.

• Se nombran en orden alfabético seguidas del sufijo éter.

• Los éteres pueden nombrarse como alcoxi derivados de alcanos(nomenclatura IUPAC sustitutiva). Se toma como cadena principal lade mayor longitud y se nombra el alcóxido como un sustituyente.

• Los éteres cíclicos se forman sustituyendo un -CH2- por -O- en un ciclo.La numeración comienza en el oxígeno y se nombran con el prefio oxa-seguido del nombre del ciclo.

Actividad.1. Asigne el nombre IUPAC a los siguientes alcoholes.

2. Dibujar la estructura de los siguientes alcoholes:

a) 2-Metilpropan-1-olb) 2-Metilbutan-2-olc) 2,3-Pentanodiold) 2-Etil-pent-3-en-1-ole) 2,3-Dimetilciclohexanol

f) Octa-3,5-dien-2-olg) Hex-4-en-1-in-3-olh) 2-Bromohep-2-en-1,4-dioli) 2-Fenil-5-metilheptan-2-ol

1. Asigne el nombre IUPAC a los siguientes éteres.

2. Dibujar la estructura de los siguientes éteres:

a) Metoxiciclohexanob) 4-Metoxipent-2-enoc) 4-Etoxibut-1-inod) Ciclohexil fenil éter

e) m-Etoxifenolf) 2,3-Dimetiloxaciclopropanog) 3-Metoxioxaciclohexanoh) 2-Etil-3-metiloxaciclopentano

c. ALDEHÍDOS Y CETONAS

En los aldehídos y cetonas , el carbono y el oxígeno del grupo carbonilo(C=O) tiene hibridación sp2 y se encuentra en el mismo plano que losotros dos sustituyentes R con ángulos de enlace de 120°.

El oxígeno del grupo carbonilo tiene dos pares de electrones solitariosy, además, es más electronegativo que el carbono, lo que provoca unapolarización del enlace C=O, generando carga parcial positiva sobre elcarbono y negativa sobre el oxígeno.

Dicha polaridad hace que los puntos de ebullición de aldehídos y cetonassean más elevados que los de hidrocarburos de masa molecular similardebido a la interacción entre dipolos.

Entre estos compuestos no se puede establecer interacción puente dehidrógeno, por tanto, las temperaturas de ebullición son menores que lasde los alcoholes correspondientes.

Las propiedades químicas de aldehídos y cetonas están dadas por elgrupo carbonilo (C = O), debido a lo cual experimentan reacciones deadición y sustitución nucleofílica.

Sí es posible que se formen puentes de hidrógeno con el agua, lo queexplica la solubilidad de aldehídos y cetonas de baja masa molecular. Lasolubilidad disminuye conforme aumenta el número de carbonos de lacadena.

Ambos compuestos, se obtienen mediante oxidación suave ycontrolada de alcoholes. Algunos de los compuestos oxidantes sonK2Cr2O7, KMnO4 y H2O2.

c. 1 NOMENCLATURA

• Los aldehídos se nombran reemplazando la terminación -ano del alcanocorrespondiente por -al. No es necesario especificar la posición delgrupo aldehído, puesto que ocupa el extremo de la cadena.

• Cuando la cadena contiene dos funciones aldehído se emplea el sufijo-dial.

• El grupo -CHO unido a un ciclo se llama -carbaldehído. Lanumeración del ciclo se realiza dando localizador 1 al carbono delciclo que contiene el grupo aldehído.

• Algunos nombres comunes de aldehídos aceptados por la IUPACson:

• Las cetonas se nombran sustituyendo la terminación -ano del alcanocon igual longitud de cadena por -ona. Se toma como cadenaprincipal la de mayor longitud que contiene el grupo carbonilo y senumera para que éste tome el localizador más bajo

• Existe un segundo tipo de nomenclatura para las cetonas, queconsiste en nombrar las cadenas como sustituyentes, ordenándolasalfabéticamente y terminando el nombre con la palabra cetona.

Actividad.1. Asigne el nombre IUPAC a las siguientes a los siguientes aldehídos ycetonas.

2. Dibuja la estructura de los siguientes aldehídos y cetonas:

a) 3-Metilbutanalb) Benzaldehídoc) 4-Hidroxiciclohexanocarbaldehídod) 3-Hidroxi-4-metil-5-oxociclohexanocarbaldehídoe) 3-Metil-2,5-octanodiona.f) 2,5-Dioxooctanodialg) 1,3-Ciclohexanodionah) 3-Metil-3-pentenali) 3-Oxobutanalj) 3-Hidroxiciclopentanonak) 4-Etoxi-5-fenil-3-oxoheptanal

d. ÁCIDOS CARBOXÍLICOS

• También llamados ácidos orgánicos, poseen el grupo funcional ácidocarboxílico, que presenta la fórmula R – COOH, donde R puede ser unacadena alifática o aromática.

• Presentan polaridad debido al doble enlace entre carbono y oxígeno(C=O) carbonilo y el grupo hidroxilo ( – OH), que interaccionanmediante puente de hidrógeno con otras moléculas, como el agua,alcoholes u otros ácidos carboxílicos.

• Presentan altos P.F y P.E, en comparación con otros hidrocarburos decomposición similar.

• Los ocho primeros ácidos saturados son líquidos de olor fuerte ydesagradable, mientras que los de mayor masa molar son sólidos y deaspecto viscoso, razón por la que se conocen como ácidos grasos.

• Se forman por oxidación de un aldehído, por lo cual esta función va enlos extremos de la cadena carbónica.

• Abundan tanto en el reino animal como vegetal. Todas las moléculas deproteínas están formadas por aminoácidos, una clase particular deácido carboxílico.

d. 1 NOMENCLATURA

• La IUPAC nombra los ácidos carboxílicos reemplazando la terminación-ano del alcano con igual número de carbonos por -oico.

• Cuando el ácido tiene sustituyentes, se numera la cadena de mayorlongitud dando el localizador más bajo al carbono del grupo ácido.Los ácidos carboxílicos son prioritarios frente a otros grupos, quepasan a nombrarse como sustituyentes.

• Los ácidos carboxílicos también son prioritarios frente a alquenos yalquinos. Moléculas con dos grupos ácido se nombran con laterminación -dioico.

• Cuando el grupo ácido va unido a un anillo, se toma el ciclo comocadena principal y se termina en-carboxílico.

Actividad.1. Asigne el nombre IUPAC a los siguientes ácidos.

a) Ácido propanoicob) Ácido 2-etilhex-3-enoicoc) Ácido ciclohex-3-enocarboxílicod) Ácido 3-hidroxihex-2-enoicoe) Ácido but-2-enodioicof) Ácido 5-bromo-2-metilpentanoicog) Ácido 3-hidroxiciclohexanocarboxílicoh) Ácido 2-hidroxi-3-oxohexanoicoi) Ácido propanodioico

2. Dibuja la estructura de los siguientes ácidos.

e. ÉSTERES

• Los éteres son compuestos que derivan de los ácidos carboxílicos,formados al sustituir el hidrógeno del grupo – OH por un radical alquilo.

• Su fórmula es R – COO – R”.• Sus puntos de fusión y de ebullición son más bajos que los de un ácido

de igual masa molecular. Los de baja masa molecular son solubles enagua, mientras que los de mayor masa son insolubles.

• Se presentan en estado líquido o sólido y son los responsables de losolores en las frutas, las verduras y los perfumes.

e. 1 NOMENCLATURA

• Los ésteres proceden de condensar ácidos con alcoholes y se nombrancomo sales del ácido del que provienen. La nomenclatura IUPAC cambiala terminación -oico del ácido por -oato, terminando con el nombre delgrupo alquilo unido al oxígeno.

• Los esteres son grupos prioritarios frente a aminas, alcoholes, cetonas,aldehídos, nitrilos, amidas y haluros de alcanoilo. Estos grupos senombran como sustituyentes siendo el éster el grupo funcional.

• Ácidos carboxílicos y anhídridos tienen prioridad sobre los ésteres,que pasan a nombrarse como sustituyentes (alcoxicarbonil......)

• Cuando el grupo éster va unido a un ciclo, se nombra el ciclo comocadena principal y se emplea la terminación -carboxilato de alquilopara nombrar el éster.

Actividad.1. Asigne el nombre IUPAC a los siguientes ésteres.

a) Metanoato de isopropilob) Metanoato de tert-butiloc) 2-Hidroxibutanoato de metilod) 3-Oxobutanoato de etiloe) Propanodioato de dietilof) 2,3-Dihidroxibutanodioato de dimetilog) 2-Oxociclobutanocarboxilato de metiloh) Hexanoato de ciclohexilo

2. Dibuja la estructura de los siguientes ésteres.

2. COMPUESTOS ORGÁNICOS NITROGENADOS.

f. AMIDAS

• Son derivadas de los ácidos carboxílicos, en los que el grupohidroxilo (– OH), es sustituido por un grupo amino (– NH2).

• Su fórmula es R – CO – NH2, donde R es la cadena hidrocarbonada.

f.1 TIPOS DE AMIDAS

• Las amidas primarias y secundarias tienen puntos de ebulliciónmenores que los de los alcoholes, pero mayores que los de loséteres de masa molecular semejantes.

• Las amidas terciarias, sin puentes de hidrógeno, tienen puntos deebullición más bajos que las amidas primarias y secundarias demasas moleculares semejantes.

f.2 NOMENCLATURA

• Las amidas se nombran como derivados de ácidos carboxílicossustituyendo la terminación -oico del ácido por -amida.

• En amidas sustituidas, se debe especificar que el sustituyente seenlaza al nitrógeno (N) del grupo amino anteponiendo la letra N.

• Las amidas son grupos prioritarios frente a aminas, alcoholes,cetonas, aldehídos y nitrilos.

• Cuando el grupo amida va unido a un ciclo, se nombra el ciclo comocadena principal y se emplea la terminación -carboxamida paranombrar la amida.

g. AMINAS

• Derivadas del amoniaco, NH3, al sustituir uno y hasta tres de sushidrógenos por sustituyentes orgánicos.

• Su fórmula es R – NH2.

g.1 TIPOS DE AMINAS

• Las aminas primarias y secundarias tienen puntos de ebulliciónmenores que los alcoholes, pero mayores que los éteres de masamolecular semejante.

• Las aminas terciarias, sin puente de hidrógeno, tienen puntos deebullición más bajos que las aminas primarias y secundarias de masasmoleculares similares.

• Las aminas son más polares que los alcanos, pero menos que losalcoholes, es decir, forman puentes de hidrógeno más débiles. Deesta forma, para moléculas de masa molecular comparable, el puntode ebullición es menor que los alcoholes, pero mayor que los alcanoso éteres.

• Las aminas son compuestos muy polares. Las primarias y secundariaspueden formar puente de hidrógeno entre ellas.

• Las terciarias, forman enlaces de hidrógeno con moléculas quetengan enlace O – H o N – H.

• El N es menos electronegativo que el O, por lo tanto, el enlace N – Hes menos polar que O – H. Es decir, los puentes de hidrógenos de lasaminas son más débiles que los de alcoholes de masa molecularsimilar.

g.2 NOMENCLATURA

• Las aminas se pueden nombrar como derivados de alquilaminas oalcanoaminas.

• Si un radical está repetido varias veces, se indica con los prefijos di-,tri-,... Si la amina lleva radicales diferentes, se nombranalfabéticamente.

• Los sustituyentes unidos directamente al nitrógeno llevan ellocalizador N. Si en la molécula hay dos grupos amino sustituidos seemplea N,N'.

• Cuando la amina no es el grupo funcional pasa a nombrarse comoamino-. La mayor parte de los grupos funcionales tienen prioridadsobre la amina (ácidos y derivados, carbonilos, alcoholes).

h. HALUROS

• Estos compuestos se obtienen de hidrocarburos, en cualquiera desus tipos, que al ser sintetizados sustituyen uno o más átomos dehidrógeno por átomos de halógenos (F, Cl, Br, I).

• Su fórmula es R – X, donde R es el hidrocarburo y X el halógeno.

h.1 NOMENCLATURA

• Se nombran citando en primer lugar el halógeno seguido del nombredel hidrocarburo, indicando, si es necesario, la posición que ocupar elhalógeno en la cadena.

• Si la cadena carbónica tiene insaturaciones, éstos deben tenernúmeros menores.

• Si aparece el mismo halógeno repetido, se utilizan los prefijos di, tri,tetra, etc.

• Para nombrar los halógenos ramificados, se escribe alfabéticamente elnombre de los sustituyentes y su posición en la cadenahidrocarbonada.

i. NITRILOS.

La IUPAC nombra los nitrilos añadiendo el sufijo -nitrilo al nombre delalcano con igual número de carbonos.

Cuando actúan como sustituyentes se emplea lapartícula ciano....., precediendo el nombre de la cadena principal.

Los nitrilos unidos a ciclos se nombran terminando el nombre del anillo en -carbonitrilo.

a) N,N-Dimetiletanamidab) Benzamidac) Propanodiamidad) N-Metildietanamidae) N-Etil-N-metilciclobutanocarboxamidaf) Bencilaminag) Difenilamina

h) N,N-Dimetilpentan-1-aminai) 3,3-Dimetilbutan-2-aminaj) N-Metilciclohexanaminak) Ciclohexano-1,3-diaminal) Ciclohexa-1,3-dieno-1,2-diaminam) Fenilamina (anilina)n) Ácido p-aminobenzoico

Actividad.1. Asigne el nombre IUPAC y dibuje la estructura de los siguientes compuestosnitrogenados.