Estructura, Propiedades Físicas y Nomenclatura de los Alcoholes PDF

Estructura, Propiedades Físicas y Nomenclatura de los Alcoholes I. Estructura y clasificación de los Alcoholes Los alcoholes son derivados de agua, en cual un átomo de carbono está enlazado a un grupo hidroxilo (—OH). El átomo de oxígeno en ambos compuestos tiene una hibrida...

Estructura, Propiedades Físicas y Nomenclatura de los Alcoholes I. Estructura y clasificación de los Alcoholes Los alcoholes son derivados de agua, en cual un átomo de carbono está enlazado a un grupo hidroxilo (—OH). El átomo de oxígeno en ambos compuestos tiene una hibridación sp3, pero difieren en los ángulos de enlace. El ángulo de enlace H—O—H del agua es de104.5°, mientras los alcoholes como metanol tienen un ángulo de enlace C—O—H mayor de aproximadamente de 108.9°. Esto se debe a que el grupo alquilo es más grande que un átomo de hidrógeno y puede contrarrestar la compresión del ángulo de enlace ocasionada por los pares de electrones no enlazados del oxígeno. Otra diferencia es la longitud de enlace. En los alcoholes la longitud del enlace C—O (1.4 Å) es mayor que la longitud del enlace O—H (0.96 Å). Esto se debe a que el átomo de carbono tiene un radio atómico mayor que hidrógeno. El átomo de carbono enlazado al grupo — OH se llama carbono carbinol. Los alcoholes se pueden clasificar según la ramificación del carbono carbinol. El carbono carbinol con un grupo alquilo (o arilo) enlazado se clasifica como un alcohol primario (1°). Si el carbono carbinol tiene dos grupos alquilos (y/o arilos) enlazados entonces es un alcohol secundario (2°). Si el carbono carbinol tiene tres grupos alquilos (y/o arilos) enlazados entonces es un alcohol terciario (3°). Si el grupo hidroxilo esta enlazado directamente a un anillo aromático de benceno, este alcohol se llama fenol. II. Propiedades Físicas de los Alcoholes Interacciones dipolo-dipolo El átomo de oxígeno es muy electronegativo por lo cual un polo negativo se localiza sobre el átomo de oxígeno y sus pares de electrones solitarios, mientras el átomo de hidrógeno enlazado al oxígeno y los carbonos tienen cargas parcialmente positivas. La polaridad del grupo hidroxilo crea un dipolo capaz de hacer interacciones dipolo-dipolo. El grupo hidroxilo también es capaz de formar enlaces de hidrógenos con uno de los pares de electrones solitarios del átomo de oxígeno de otra molécula de alcohol o una molécula de agua. Las interacciones dipolo-dipolo y los puentes de hidrógeno son las fuerzas intermoleculares que predomina en los alcoholes. Las interacciones dipolo-dipolo y los puentes de hidrógeno aumentan los puntos de ebullición de los alcoholes en comparación con los otros hidrocarburos y los éteres de masas moleculares similares. Aunque las interacciones dipolo-dipolo de los éteres son interacciones fuertes, no son lo suficientemente fuertes para superar las interacciones de enlaces de hidrógeno de los alcoholes. A tener un enlace O—H, los alcoholes pueden hacer enlaces por puentes de hidrógeno entre sí y sus puntos de ebullición son mayores que de los éteres con masas moleculares similares. Puntos de ebullición: Alcano < Éter < Alcohol < Agua  El grupo hidroxilo de los alcoholes es hidrofílico (significa “amigo del agua”) porque puede formar puentes de hidrógeno con agua. Estas interacciones aumentan la solubilidad de los alcoholes en disolventes próticos. Los alcoholes de baja masa molecular son miscibles (soluble) con el agua. A ser polar, los alcoholes son buenos disolventes para otros compuestos polares y compuestos iónicos que se pueden disolver en algunos de los alcoholes de baja masa molecular. La cadena de carbono de un alcohol no puede formar puentes de hidrógeno y actúa como un grupo no-polar. Este grupo alquilo es hidrofóbico porque repela al agua. El número de átomos de carbonos afecta la solubilidad de estos compuestos en agua. Al aumentar el número de carbono, disminuye la solubilidad en agua. Alcoholes con tres o menos átomos de carbono son solubles en agua. El alcohol ter-butílico (4 carbonos) es soluble en agua porque la ramificación de la cadena de carbono aumenta la solubilidad del alcohol. Los alcoholes con cadenas de carbonos largas son solubles en disolventes orgánicos no polares. El número de grupos hidroxilo afecta la solubilidad de los alcoholes en agua. Mientras más grupos de hidroxilo tenga la molécula, mayor será su solubilidad en agua. Por ejemplo, el hexan- 1-ol con seis átomos de carbono y un grupo hidroxilo es poco soluble en agua, mientras el hexano- 1,6-diol con dos grupos hidroxilos es miscible en agua. Los fenoles con 6 carbonos tienen una estructura compacta y pueden formar un puente de hidrógeno con su grupo hidroxilo que facilita su solubilidad en agua. Los puentes de hidrógenos formados por los fenoles son más fuertes que los puentes de hidrógenos de los otros alcoholes. III. La acidez de los Alcoholes Los alcoholes son ácidos de Brønsted que se pueden desprotonar por una base fuerte produciendo un ion alcóxido. La acidez del protón hidroxilo de un alcohol depende de la sustitución de los grupos alquilos. Un aumento en la sustitución de los grupos alquilos disminuye la solvatación del ion alcóxido. La disminución de la solvatación resulta en una disminución en la estabilidad del alcóxido y el equilibrio favorece el alcohol (el equilibrio se desplaza hacia la izquierda).  La acidez de los alcoholes típicamente se expresa con el valor de los logaritmos negativos de la constante de disociación de ácido (pKa). Los ácidos más fuertes tienen valores de pKa más pequeños. Los grupos electroatrayentes como los halógenos retiran densidad electrónica del ion alcóxido por efecto inductivo estabilizando al alcóxido. Esto facilita la desprotonación del grupo hidroxilo. Por esta razón el 2-cloroetanol es más ácido que el etanol. Mientras más electronegativo sean los grupos electroatrayentes, mayor será la acidez del compuesto. Como estos grupos retiran densidad electrónica por efecto inductivo, su efectividad depende de su proximidad al grupo hidroxilo. Mientras más cerca estén los grupos electroatrayentes del grupo hidroxilo, mayor será la acidez del compuesto. La acidez también aumenta con un aumento en el número de grupos electroatrayentes. La desprotonación del protón hidroxilo de un fenol produce un ion fenóxido estabilizado por resonancia. La conjugación de la carga negativa con los doble enlaces del anillo aromático permite que la carga negativa este deslocalizada sobre el átomo de oxígeno y tres átomos de carbono del anillo. En los alcoholes alifáticos la carga negativa está localizada solamente sobre el átomo de oxígeno. La estabilización por resonancia del fenóxido aumenta la acidez de su protón hidroxilo en comparación con alcoholes alifáticos. Por ejemplo, el pKa de ciclohexanol es de 18, mientras el fenol tiene un pKa de 10. Dado el aumento en la acidez del protón hidroxilo de los fenoles, los fenoles se pueden desprotonar con una disolución acuosa de hidróxido de sodio o potasio.  Los alcóxidos son nucleófilos fuertes (y bases fuertes) que se utilizan en síntesis orgánicas. Típicamente los iones alcóxidos se forma a partir de la reacción del alcohol con sodio o potasio metálico. Alcoholes primarios como metanol y etanol se pueden desprotonar con sodio metálico. Los alcoholes secundarios (como el propan-2-ol) y terciarios (como el alcohol ter-butílico) son menos ácido, por lo cual se necesita utilizar potasio metálico. Para los alcoholes que reaccionan muy lento con potasio, se puede utilizar una solución de hidruro de sodio en tetrahidrofurano (THF) IV. Nomenclatura de los Alcoholes 1. Ácidos 2. Ésteres 3. Cloruro de ácido 4. Amidas 5. Nitrilos 6. Aldehídos 7. Cetonas 8. Alcoholes 9. Tioles 10. Aminas 11. Alquenos 12. Alquinos 13. Alcanos 14. Éteres 15. Sulfuros 16. Haluros 17. Nitro Según el orden de prioridad para asignar los nombres IUPAC para todos los grupos funcionales, los alcoholes tienen mayor prioridad que los tioles, aminas, alquenos, alquinos, alcanos, éteres sulfuros, haluros y grupo nitro. Cuando el grupo hidroxilo (—OH) es el sustituyente de mayor prioridad, el nombre del compuesto termina en -ol. La cadena se enumera para el número más pequeño posible para el grupo hidroxilo y esta posición se indica en el nombre del compuesto. Recuerden, la cadena principal puede ser un anillo o una cadena acíclica (lineal), no puede ser los dos a la misma vez, tienen que escoger. Para poder determinar cuál de los dos es la cadena principal, busquen a sustituyente de mayor prioridad. Si el sustituyente de mayor prioridad se encuentra en el anillo, entonces este anillo es la cadena principal. El átomo de carbono del grupo hidroxilo en un anillo se enumera carbono 1 y el resto del anillo se enumera para darle a los otros sustituyentes el número más pequeño posible. Se utiliza el prefijo “ciclo” antes del nombre de la cadena principal. Para los alcoholes con dobles enlaces, la configuración del doble enlace (cis, trans, Z o E) se incluye al principio del nombre. La posición del doble enlace (-#-en-) se escribe después del nombre de la cadena principal pero antes del sufijo —ol del alcohol. Para los alquinos, se le incluye la posición del triple enlace (-#-in-) se escribe después del nombre de la cadena principal pero antes del sufijo —ol del alcohol. Los alcoholes con dos grupos —OH se conocen como dioles. Para nombrar un diol se utiliza las posiciones de ambos grupos hidroxilos antes del sufijo -diol. Cuando los dos grupos hidroxilos se encuentran en carbonos adyacentes, este diol vecinal se llama glicol. En otras palabras, un glicol es un 1,2-diol o diol vecinal. Un fenol es un anillo de benceno (anillo de 6 carbonos con tres doble enlaces alternados) que tiene un grupo hidroxilo (—OH). En el caso de los fenoles, el anillo de benceno es la cadena principal y el grupo hidroxilo se encuentra en el carbono 1. Para nombrar los fenoles, se enumerar el resto de los sustituyentes del anillo para darle a los otros sustituyentes el número más pequeño posible. Referencias: Wade, L.G., (2012) Química Orgánica Vol. 1 (7ma ed.), México: Universidad Autónoma de México. Páginas 421-428 y 431-433 Jones Jr., M. (2000) Organic Chemistry (2da ed.), W. W. Norton & Company, New York, N.Y., USA. Páginas 762-770