UNIDAD V - TEORÍA QUÍMICA ORGÁNICA QUI-122 PDF

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TEORÍAQUÍMICAORGÁNICA QUI-122 UNIDAD V COMPUESTOS CARBOXILICOSY DERIVADOS Esta presentación es solo para fines educativos, no se busca ningún fin de lucro. Mtro. Larry Ubri  ÁCIDOS CARBOXÍLICOS Grupo Funcional: Grupo Carboxilo (-COOH) Nomenclatura IUPAC y común Regla 1: Para mencionar un ácido carboxílico se debe modificar el nombre de su alcano agregándole el sufijo “ico”. Así, para el etano (CH3–CH3) su correspondiente ácido carboxílico es ácido etanoico (CH3–COOH, ácido acético, el mismo del vinagre). Otro ejemplo: para el CH3CH2CH2–COOH el alcano viene a ser butano (CH3CH2CH2CH3) y, por ende, se nombra ácido butanoico (ácido butírico, el mismo de la mantequilla rancia). UNIDAD V - COMPUESTOS CARBOXILICOS Y DERIVADOS 2  ÁCIDOS CARBOXÍLICOS Nomenclatura IUPAC y común Regla 2: El grupo –COOH define la cadena principal, y el número correspondiente a cada carbono se cuenta a partir del carbonilo. Regla 3: Los sustituyentes van precedidos por el número del carbono al que están enlazados. Asimismo, estos sustituyentes pueden ser doble o triple enlaces, y agregan el sufijo “ico” por igual a los alquenos y alquinos. Por ejemplo, el CH3CH2CH2CH=CHCH2–COOH se menciona como ácido (cis o trans)3- heptenoico. Regla 4: Cuando la cadena R consiste en un anillo (Ph). Se menciona el ácido empezando por el nombre del anillo y terminando con el sufijo “carboxílico”. Por ejemplo, el Ph–COOH, se nombra como ácido bencenocarboxílico. UNIDAD V - COMPUESTOS CARBOXILICOS Y DERIVADOS 3  ÁCIDOS CARBOXÍLICOS Propiedades físicas y químicas: Los ácidos carboxílicos son compuestos muy polares, de olores intensos y con la facilidad de interaccionar eficazmente entre sí mediante puentes de hidrógeno. Los puentes de hidrógeno y los dímeros ocasionan que los ácidos carboxílicos tengan puntos de ebullición más elevados que el del agua. Los ácidos carboxílicos pequeños sienten gran afinidad por el agua y los solventes polares. Sin embargo, cuando el número de átomos de carbono es mayor a cuatro, predomina el carácter hidrofóbico de las cadenas R y se hacen inmiscibles con el agua. UNIDAD V - COMPUESTOS CARBOXILICOS Y DERIVADOS 4  ÁCIDOS CARBOXÍLICOS Usos más comunes: Industria alimentaria: Aditivos. Conservantes (ácido sórbico y ácido benzoico). Regulador de la alcalinidad de muchos productos. Producción de refrescos. Agentes antimicrobianos ante la acción de los antioxidantes. En este caso, la tendencia son los antimicrobianos líquidos que posibiliten la biodisponibiidad. Principal ingrediente del vinagre común (ácido acético). Acidulante en bebidas carbonatadas y alimentos (ácido cítrico y ácido láctico). Ayudante en la maduración del queso suizo (ácido propiónico). Elaboración de queso, chucrut, col fermentada y bebidas suaves (ácido láctico). UNIDAD V - COMPUESTOS CARBOXILICOS Y DERIVADOS 5  ÁCIDOS CARBOXÍLICOS Usos más comunes: Industria farmacéutica: Antipirético y analgésico (ácido acetilsalicílico). Activo en el proceso de síntesis de aromas, en algunos fármacos (ácido butírico o butanoico). Antimicótico (ácido benzoico combinado con ácido salicílico). Activo para fabricación de medicamentos a base de vitamina C (Ácido ascórbico). Fungicida (ácido caprílico). Fabricación de algunos laxantes (ácido hidroxibutanodioico). UNIDAD V - COMPUESTOS CARBOXILICOS Y DERIVADOS 6  OBTENCION DE LOS ACIDOS CARBOXILICOS Oxidación de aldehídos: Los aldehídos se oxidan en presencia de diferente oxidantes (permanganato de potasio, mezcla sulfocrómica, oxígeno del aire, etc) a ácidos carboxílicos. UNIDAD V - COMPUESTOS CARBOXILICOS Y DERIVADOS 7  Reacciones Acidez y formación de sales Cuando el ácido carboxílico dona un protón, se convierte en el anión carboxilato, este anión reacciona con una base para formar sales. Conversión en derivados funcionales: Los ácidos carboxílicos tienen reacciones características que derivan en familias orgánicas conocidas como derivados de ácidos carboxílicos. UNIDAD V - COMPUESTOS CARBOXILICOS Y DERIVADOS 8  ESTERES Grupo funcional: Los ésteres son compuestos orgánicos que presentan un componente de ácido carboxílico y otro de alcohol. (RCOOR’) comparten el grupo carboxilo proveniente de los ácidos carboxílicos. Nomenclatura IUPAC y Común: Para nombrar apropiadamente un éster es necesario tener en cuenta los números de carbonos de las cadenas R y R’. Asimismo, toda posible ramificación, sustituyente o insaturaciones. Una vez hecho esto, al nombre de la cada R’ del grupo alcóxido –OR’ se le adiciona el sufijo –ilo, mientras que a la cadena R del grupo carboxilo – COOR, el sufijo –ato. Primero se menciona el tramo R, seguido de la palabra ‘de’ y luego el nombre del tramo R’. UNIDAD V - COMPUESTOS CARBOXILICOS Y DERIVADOS 9  ESTERES Nomenclatura IUPAC y Común: Por ejemplo, el CH3CH2CH2COOCH2CH2CH2CH2CH3 tiene cinco carbonos del lado derecho, es decir, son los que corresponden a R’. Y del lado izquierdo hay cuatro átomos de carbonos (incluyendo al del grupo carbonilo C=O). Por lo tanto, R’ es un grupo pentil, y R un butano (por incluir el carbonilo y considerarse la cadena principal). Entonces, para darle nombre al compuesto, basta con agregar los sufijos correspondientes y nombrarlos en el orden adecuado: butanoato de pentilo. UNIDAD V - COMPUESTOS CARBOXILICOS Y DERIVADOS 10 Propiedades físicas y usos: ESTERES Los ésteres no son ácidos ni alcoholes, por lo que no se comportan como tales. Sus puntos de fusión y ebullición, por ejemplo, son menores que aquellos con pesos moleculares similares, pero más cercanos en valores a los de los aldehídos y las cetonas. El ácido butanoico, CH3CH2CH2COOH, tiene un punto de ebullición de 164º C, mientras que el acetato de etilo, CH3COOCH2CH3, de 77.1º C. Los ésteres de bajos pesos moleculares tienden a ser volátiles y a tener olores agradables, razón por la que su contenido en las frutas les confiere sus fragancias familiares. Los ácidos carboxílicos y los alcoholes suelen ser solubles en agua, a menos que posean un alto carácter hidrofóbico en sus estructuras moleculares. Lo mismo ocurre con los ésteres. Cuando R o R’ son cadenas cortas, el éster puede interactuar con las moléculas de agua mediante fuerzas dipolo-dipolo y de fuerzas de London. Esto se debe a que los ésteres son aceptores de puentes de hidrógeno. ¿Cómo? Por sus dos átomos de oxígeno RCOOR’. Las moléculas de agua pueden formar puentes de hidrógeno con cualquiera de estos oxígenos. Pero cuando las cadenas R o R’ son muy largas, estas repelen el agua de su entorno, imposibilitando su disolución. UNIDAD V - COMPUESTOS CARBOXILICOS Y DERIVADOS 11  ESTERES Propiedades físicas y usos: Entre los principales usos de los ésteres se encuentran: En la elaboración velas o cirios. Para este fin se utilizan ésteres de cadenas laterales muy largas. Como conservantes de medicinas o alimentos. Esto se debe a la acción de los parabenos, que no son más que ésteres del ácido para-hidroxibenzoico. Aunque conservan la calidad del producto, hay estudios que ponen en duda su efecto positivo sobre el organismo. Sirven para la fabricación de fragancias artificiales que imiten el olor y el sabor de muchas frutas o flores. De manera que los ésteres están presentes en golosinas, helados, perfumes, cosméticos, jabones, champús, entre otros productos comerciales que ameriten aromas o sabores atractivos. Los ésteres también pueden surtir un efecto farmacológico positivo. Por esta razón la industria farmacéutica se ha dedicado a sintetizar ésteres derivados de ácidos presentes en el organismo para evaluar alguna posible mejoría en el tratamiento de enfermedades. La aspirina es uno de los ejemplos más simples de dichos ésteres. Los ésteres líquidos, como el acetato de etilo, son solventes adecuados para determinados tipos de polímeros, como la nitrocelulosa y una gama amplia de resinas. UNIDAD V - COMPUESTOS CARBOXILICOS Y DERIVADOS 12  ESTERES Ejemplos: UNIDAD V - COMPUESTOS CARBOXILICOS Y DERIVADOS 13  OBTENCION DE ESTERES Esterificación: Existen muchas rutas para sintetizar éster, algunas de las cuales pueden ser incluso novedosas. Sin embargo, todas convergen en el hecho de que debe formarse el triángulo de la imagen de la estructura, es decir, el enlace CO-O. Para eso, debe partirse de un compuesto que previamente tenga el grupo carbonilo: como un ácido carboxílico. ¿Y a qué debe enlazarse el ácido carboxílico? A un alcohol, de lo contrario no tendría el componente alcohólico que caracteriza a los ésteres. UNIDAD V - COMPUESTOS CARBOXILICOS Y DERIVADOS 14  AMIDAS Grupo funcional: Las amidas son un tipo de compuestos orgánicos que se forman por la unión entre un ácido carboxílico y una amina. Químicamente, la amida es un grupo funcional que contiene un grupo carbonilo (C=O) proveniente de un ácido carboxílico, enlazado a un nitrógeno proveniente del amoníaco o de una amina. La parte roja de la molécula en la imagen anterior proviene del ácido carboxílico y se le denomina acilo. La parte azul proviene de la amina. UNIDAD V - COMPUESTOS CARBOXILICOS Y DERIVADOS 15 Propiedades físicas: AMIDAS Casi todas son sólidas: todas las amidas son sólidas a temperatura ambiente, excepto la más pequeña y simple que es la formamida. Esta última es líquida. Tienen alto punto de ebullición: comparadas con los ácidos carboxílicos y con las aminas de las cuales están hechas, las amidas tienen un punto de ebullición alto. Por ejemplo, la acetamida (CH3CONH2) está formada por la unión del ácido acético (vinagre) con el amoníaco. El punto de ebullición de la acetamida es de 221,2 ºC, mientras que el del ácido acético es de 118 ºC y el del amoníaco es de - 33,34 ºC. Algunas son solubles en agua: las amidas más pequeñas se mezclan bien con el agua, así que es fácil disolverlas en ella. Sin embargo, a medida que se vuelven más grandes, se van tornando menos solubles. Son menos básicas que las aminas: una amida siempre es menos básica (o más ácida) que la amina de la cual proviene. De hecho, el nombre amida viene de combinar amina+ácida. Su enlace se rompe fácilmente: si se les agrega una base fuerte como catalizador, las amidas reaccionan rápidamente con agua. Esta reacción se llama hidrólisis y durante la misma, la amida se rompe para formar el ácido y la amina originales. Son incoloras e inodoras: en general, las amidas son sustancias que no poseen ni un color ni un olor característico. UNIDAD V - COMPUESTOS CARBOXILICOS Y DERIVADOS 16 Clasificación: AMIDAS Dependiendo de si el ácido se combina con el amoníaco, con una amina primaria o con una amina secundaria, se pueden obtener tres tipos de amidas con estructuras diferentes: A parte de los tres tipos de amidas recién mencionadas, también existen amidas primarias, secundarias y terciarias, que se diferencian por tener uno, dos o tres grupos acilo unidos al átomo de nitrógeno. UNIDAD V - COMPUESTOS CARBOXILICOS Y DERIVADOS 17  AMIDAS Algunos usos: Estos compuestos son muy importantes para la vida, ya que forman parte esencial de las proteínas, de los péptidos y de algunas hormonas. También forman parte de las bases nitrogenadas del ADN y del ARN, los cuales contienen nuestra información genética. Las amidas también son muy importantes en la industria. Por ejemplo, el nylon es una de las fibras sintéticas más utilizadas en todo el mundo y está formado por una cadena larga de amidas unidas una después de otra. También, las amidas se utilizan mucho en la industria farmacéutica, ya que forman parte de medicamentos tales como la lidocaína. UNIDAD V - COMPUESTOS CARBOXILICOS Y DERIVADOS 18  AMIDAS Nomenclatura: Amidas simples Las amidas simples se nombran a partir del nombre de la cadena de carbonos del ácido del que provienen (la cadena principal). El nombre se construye colocando el prefijo que indica el número de carbonos (metan-, butan-, hexan-, etc.) o el nombre común del ácido quitando la terminación –oico o –ico (como en acético) y añadiendo la terminación –amida. Ejemplo: la amida que proviene del ácido acético, se llama acetamida y la que viene del ácido propanóico se llama propanamida. UNIDAD V - COMPUESTOS CARBOXILICOS Y DERIVADOS 19  AMIDAS Nomenclatura: Amidas sustituidas y disustituidas En este caso, se comienza nombrando los grupos alquilo que se encuentran unidos al nitrógeno, precedidos por la letra N-. Luego se nombra el resto de la amida como cadena principal. Como se puede observar, el sustituyente que está unido al nitrógeno es un grupo isopropilo, así que se incluye en el nombre como N-isopropil (siempre se le quita la última “o” al nombre del radical). El resto de la cadena principal, la que tiene el grupo funcional amida, tiene 10 átomos de carbono. Es decir, que su nombre debe tener el prefijo decan- seguido de la terminación amida, o, decanamida. Entonces, el nombre completo es N- isopropildecanamida. UNIDAD V - COMPUESTOS CARBOXILICOS Y DERIVADOS 20  AMIDAS Ejemplos: UNIDAD V - COMPUESTOS CARBOXILICOS Y DERIVADOS 21  AMIDAS Ejemplos: UNIDAD V - COMPUESTOS CARBOXILICOS Y DERIVADOS 22 ¿Preguntas? UNIDAD V - COMPUESTOS CARBOXILICOS Y DERIVADOS 23  ASIGNACIÓN Realizar los siguientes ejercicios del libro de Química Orgánica de Wade, 5ta edición: 20.1 20.2 21.1 UNIDAD V - COMPUESTOS CARBOXILICOS Y DERIVADOS 24  ¡Gracias! UNIDAD V - COMPUESTOS CARBOXILICOS Y DERIVADOS 25