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QUÍMICA ORGÁNICA SESIÓN 9: ALDEHIDOS Y CETONAS Problematización ALDEHÍDOS COMUNES FORMALDEHÍDO Limón (Citrus aurantifolia ) Síntesis industrial : Oxidación catalítica del metanol (CH3OH). Usos: • Materiales aislantes en construcción. •Resinas adhesivas para la unión de tablas de conglomerados y madera laminada. Problematización CETONAS COMUNES Mangostán (Garcinia mangostana) Acetona Síntesis industrial: oxidación catalítica del 2- propanol ó hidrólisis catalítica en medio ácido del hidroperóxido de cumeno.(90% de síntesis en EEUU). Usos: Solvente industrial. Saberes previos ¿Qué productos se obtienen al oxidar suavemente alcoholes primarios? ¿Qué productos se obtienen al oxidar suavemente alcoholes secundarios? ¿Cuál es la diferencia estructural entre aldehídos y cetonas? LOGRO Al finalizar la sesión, el estudiante nombra y formula compuestos oxigenados: Aldehídos y Cetonas, teniendo en cuenta las características y propiedades de los compuestos orgánicos, en base a las reglas de la nomenclatura IUPAC y los tipos de reacciones que unifican la química orgánica, con orden en el procedimiento y exactitud en los resultados. Función Nom. grupo Grupo Nom. (princ.) Nom. (secund) ÁCIDO CARBOXÍLICO carboxilo R–COOH ácido …oico carboxi (incluye C) ÉSTER éster R–COOR’ …ato de …ilo …oxicarbonil ALDEHÍDO carbonilo R–CH=O …al formil (incluye C) CETONA carbonilo R–CO–R’ …ona oxo ALCOHOL hidroxilo R–OH …ol hidroxi ÉTER Oxi R–O–R’ …il…iléter oxi…il FUNCIONES QUÍMICAS ORGÁNICAS OXIGENADAS ALDEHÍDOS • Son compuestos orgánicos que en sus moléculas presentan el grupo funcional carbonilo (– CHO). • Su fórmula general es R– CHO. • Se obtienen al sustituir dos átomos de Hidrógeno de un carbono primario en un hidrocarburo. • En la práctica resulta de la oxidación de un alcohol primario o de la segunda oxidación de un hidrocarburo. La mayoría de aldehídos son líquidos a temperatura ambiente, el metanal es gaseoso y los siguientes hasta el de 12 carbonos son líquidos, los demás son sólidos. Los aldehídos de peso molecular bajo, tienen generalmente olores penetrantes y desagradables, razón por la cual algunos compuestos grasos expuestos al aire despiden mal olor. Algunos aldehídos a partir del C6 presentan olores agradables y se utilizan en perfumería. Ejemplo: C8H17CHO PROPIEDADES FUNDAMENTALES DE ALDEHIDOS Su punto de ebullición es inferior a los alcoholes de igual número de carbonos, pero mayores que hidrocarburos y éteres correspondientes, son combustibles en su mayoría, arden con la llama cuyo brillo depende del número de carbonos en la molécula. Estos compuestos tienen múltiples usos: El metanal ó aldehído fórmico, es un gas que disuelto en agua en 40% se vende como formol que es un poderoso desinfectante y se emplea para conservar piezas anatómicas, porque coagula los albuminoides. H HC O Es el término más sencillo de los aldehídos, es llamado también formaldehído o aldehído fórmico, en el comercio se le expende con el nombre de FORMOL (30 – 40 %). Fue descubierto por HOFFMAN en 1868. ALDEHIDOS Es un gas de olor penetrante, irrita las mucosas, es muy soluble en agua, su punto de ebullición es -21C. El método de fabricación más empleado a escala industrial, es la oxidación de metanol por el oxígeno del aire a 600C , en presencia de cobre como catalizador. 2 CH 3 OH + O2 Cu 600 C o 2 H CHO + 2 H O2 Las aplicaciones de metanal son múltiples: como potente desinfectante para conservar piezas anatómicas, en la industria de colorantes, para preparar bakelita que es plástico importante, para preparar vidrio orgánico ( formol + urea ), la galatita ( formol + caseína ), para endurecer las películas cinematográficas, para las variadas síntesis orgánicas, para el plateado de espejos a causa de su poder reductor, etc. Es también llamado acetaldehído, fue descubierto en 1821 por DOBEREINER. Es un líquido incoloro muy móvil, soluble en el agua y alcohol, su punto de ebullición es 21C, su olor es sofocante y agradable (aroma a frutas), su densidad 0,805g/cm3, arde en el aire. CH H3 C O EL ETANAL La preparación industrial más importante, consiste en hacer pasar acetileno por una solución diluida de ácido sulfúrico y sulfato mercúrico a 80C, produciéndose la hidratación del acetileno. HC CH H O CH CH OH CH C H O 2 + 3 Acetileno Alcohol vinílico Etanal HgSO H SO 4 2 4 ( 80 C )o El etanal se usa en la industria para el plateado de los espejos, en los laboratorios como reductor y en medicina como antiséptico; en la producción de ácido acético, acetato de etilo, caucho sintético. El benzaldehído se emplea en la preparación de diversos drogas, colorantes y perfumes. BENZALDEHIDO NOMENCLATURA • Para nombrar los aldehídos, al nombre del hidrocarburo se le añade el sufijo –al. Si se presentan sustituyentes o enlaces múltiples, para enumerar se prefiere el grupo carbonilo – CHO. CH CH CH CH CH CHO Cl CH 3 2 2 3 4 - Cloro - 3 - metilhexanal # 6 # 5 # 4 # 3 # 1# 2 7654321 5- Bromo-3,4-dimetilhept-6-inal 2-etil-4-metilpent-3-enal EJEMPLO CHO CH 3 3 metil benzaldehído Cl CHO 1 2 3 45 6 7 8 4 - cloro - 2 - naftaldehído 3 2 4 1 6 7 5 8 CHO CH2 CH3 4 etil - 1 - naftaldehído • Para aldehídos más complejos, en los cuales el grupo carbonilo(-CHO) está unido a un anillo , se usa el sufijo Carbaldehído. • Ciertos aldehídos sencillos y muy conocidos tienen nombres comunes, reconocidos por la IUPAC. # de carbonos 1 2 3 4 5 ... R A ÍZ C O M Ú N F o rm A c e t P ro p io n B u ti r V a le r ... PROPIEDADES FÍSICAS Compuesto Fórmula Punto Fusión (°C) Punto Ebullición (°C) Formaldehído Acetaldehído Propionaldehído Butiraldehído Isobutiraldehído Valeraldehído Isovaleraldehído Benzaldehído HCHO CH3CHO CH3CH2CHO CH3 (CH2)2CHO (CH3)2CHCHO CH3 (CH2)3CHO (CH3)2CHCH2CHO C6H5CHO -92 -123 -81 -97 -66 -92 -51 -26 -21 21 49 75 64 103 92 179 REACCIONES PRINCIPALES DE ALDEHIDOS A) OXIDACIÓN. Los aldehídos se oxidan al reaccionar con dicromato de potasio en ácido sulfúrico o con permanganato de potasio en solución, formándose un ácido carboxílico. R - CHO + [ O ] R - COOH Se verifica así, que son buenos reductores, lo que permiten su identificación en el laboratorio con el reactivo de Fehling o de Tollens. [O] = K2Cr2O7/H + , KMnO4/H + , H2Cr2O7, CrO3/H +,Cu/∆, PCC REACCIONES PRINCIPALES DE ALDEHIDOS Es una solución alcalina de sulfato cúprico, en contacto con un aldehído se forma un precipitado rojo ladrillo en el tubo de ensayo, ya que se ha originado la reducción de Cu+2 a Cu+1, formándose óxido cuproso R - CHO PRECIPITADO Cu2 O RTVO. FEHLING EL REACTIVO DE FEHLING Es una solución amoniacal de nitrato de plata en contacto con un aldehído se forma una capa brillante en las paredes del tubo, conocida como “espejo de plata”, lo que se debe a la reducción de Ag+ a Ag R - CHO ESPEJO RTVO. TOLLENS DE PLATA EL REACTIVO DE TOLLENS CH3 C O H + 2 Ag(NH3)2 + + 3OH- CH3 C O O + 2Ag + 4NH3 + H2O diaminplata plata metálica LOS ALDEHÍDOS SE OXIDAN Y PRODUCEN ESPEJO DE PLATA B) HIDROGENACIÓN Los aldehídos con doble enlace principalmente, reaccionan con hidrógeno en presencia de catalizadores dando alcoholes. CH2 = CH- CHO + 2 H2 CH3 - CH2 - CH2 - OH Pt propenal Propan- 1- ol Reductor: H2/Ni , LiAlH4/H + , NaBH4/H + (Reducción a alcoholes) C. REDUCCIÓN A HIDROCARBUROS CH3 CH2 –CH2-CHO + Zn(Hg) / HCl CH3 CH2 –CH2-CH3 (Reactivo de clemensen) R-CHO + Zn(Hg) / HCl R – CH3 Butanal Butano C) CONDENSACIÓN ALDÓLICA En presencia de una base diluida, los aldehídos con hidrógenos en el carbono #2, reaccionan produciendo ALDOLES. Esto es, compuestos que son aldehídos y a la vez contienen el grupo oxhidrilo CH3-CH2-CHO + CH3- CH2-CHO OH Propanal 3 – hidroxi – 2 – metilpentanal OBTENCIÓN DE ALDEHÍDOS 1. OXIDACIÓN DE ALCOHOLES PRIMARIOS. Los alcoholesprimarios logran oxidarse dando aldehídos, los agentes oxidantes usuales son el dicromato de potasio en ácido sulfúrico o el permanganato de potasio K2 Cr2 O7 y H2SO4 R – CH2 – OH + [ O ] R – CHO + H2O o KMnO4 Como los aldehídos se oxidan rápidamente dando ácidos carboxílicos, por ello debe retirarse el aldehído tan pronto se forme. OBTENCIÓN DE ALDEHIDOS Ejemplo: CH3-CH2-CH2-OH + [ O ] CH3-CH2- CHO + H2O KMnO4 Propan- 1 – ol propanal [O] = K2Cr2O7/H + , KMnO4/H + , H2Cr2O7, CrO3/H +, Cu/∆, PCC 2. HIDRATACIÓN DE ALQUINOS: HC CH + H2O/H2SO4/HgSO4 CH3-CHO Etino etanal 3. DESHIDROGENACIÓN DE ALCOHOLES PRIMARIOS Los alcoholes primarios se pueden transformar en aldehídos, deshidrogenándose en fase vapor usando un catalizador adecuado como cromito de cobre. La ausencia de un agente oxidante impide la transformación del aldehído en ácido. Cromito de cobre R – CH2 – OH R – CHO + H2 300 C Ejemplo: Cromito de cobre CH3 – CH2 – OH CH3 – CHO + H2 300 C etanol etanal 4. REDUCCIÓN DE CLORUROS DE ÁCILOS: R = Grupo alquilo ó arilo 5. OZONÓLISIS DE ALQUENOS: CH3 – CH = CH – CH3 + 3O OH Zn 2 CH3 – CHO + CH3 – CHO But-2-eno etanal CH3 – CO -Cl CH3 – CHO Cloruro de etanoilo etanal CETONAS Definición: : Son compuestos carbonílicos que presentan en su estructura el grupo funcional carbonilo –CO–, se les representa por R - CO – R. El grupo carbonilo es divalente y nunca puede estar en el extremo de la cadena: FÓRMULA GENERAL R C R ó R CO O R 1 2 GRUPO FUNCIONAL PRESENTE C CARBONILO O R y R ´: Radicales alifáticos o aromáticos R = R ´: Cetona simétrica; R R ´: Cetona mixta o asimétrica CETONAS Nomenclatura Nomenclatura Común: Se nombra los radicales unidos al carbonilo y luego la palabra cetona. CH 3 – CO – CH 2 – CH 3 CH 3 – CO – CH 3 etilmetilcetona dimetilcetona Nomenclatura IUPAC: Al nombre del Hidrocarburo de igual número de carbonos, se le da la terminación “ona”, habiendo numerado la cadena carbonada continua y más larga, tal que el carbono del carbonilo tenga el número más bajo. Cuando hay sustituyentes o enlace múltiple, se sigue igual criterio de numeración Ejemplos: CH 3 – CO – CH 3 propanona CH 3 – CO – CH 2 – CH 2 – CH 2 – CH 3 Hexan- 2- ona #1 #2 # 3 #4 #5 #6 CH3 – CH2 – CH2 – CO – CH3 #5 #4 #3 #2 #1 Pentan- 2 – ona 3 – cloro butanona #1 #2 #3 #4 CH3 – CO – CH – CH3 Cl NOMENCLATURA #6 #5 #4 #3 #2 #1 CH 3 – CH = CH – CH 2 – C – CH 3 O Hex- 4 – en – 2 – ona #9 #8 #7 #6 #5 #4 #3 #2 #1 7 – bromo – 7 – cloro – 4 – metil nonan – 3 - ona CH 3 – CH 2 – C – CH 2 – CH 2 – CH – CO – CH 2 – CH 3 Br CH 3 Cl Aquellas cetonas que tienen un anillo unido al grupo carbonilo con una cadena alifática o aromática, se nombran cambiando la terminación “ico” del ácido por “fenona” CH Acetofenona 3C O C O Benzofenona REACCIONES PRINCIPALES DE CETONAS A) REDUCCIÓN: En presencia de catalizadores reaccionan con hidrógeno, dando alcoholes secundarios CH3- CO–CH3 + H2 CH 3 – CH – CH 3 OH Ni A.1 Reducción a Alcoholes: A.2 Reducción a Hidrocarburos: CH3 –CO–CH3 + NH2–NH2/KOH CH3–CH2–CH3 (Hidracina) (Reactivo de Wolff -Kisner) (Hidrogenación) Propan- 2 – ol propano REACCIONES PRINCIPALES DE CETONAS B) OXIDACIÓN Las cetonas no se oxidan con facilidad, pero con oxidantes fuertes como el KMnO4, se origina la ruptura de la cadena a la altura del grupo carbonilo con formación de dos ácidos. CH3–CH2–CO–CH2–CH3 [ O ] CH3–COOH + CH3–CH2–COOH Pentan-3-ona KMNO4 ácido etanoico ácido propanoico 1. PIRÓLISIS DE ÁCIDOS Las cetonas simétricas se pueden preparar con muy buenos rendimientos (más del 90%), pasando vapores de un ácido orgánico sobre dióxido de torio a 400 - 500C 2 CH3 - COOH Ácido etanoico ThO2 500 C CH3-CO-CH3 + CO2 + H2O Propanona 2. A PARTIR DE ALCOHOLES Se lleva la deshidrogenación de un alcohol secundario, obteniendo la cetona correspondiente Butan- 2 - ol H2+ Butan- 2-ona CH3 - C- CH2 - CH3 O CH3-CH-CH2-CH3 OH OBTENCIÓN DE CETONAS 4. ACILACIÓN DE FRIEDEL - CRAFTS Es un método muy bueno para obtener cetonas aromáticas, consiste en tratar un compuesto aromático con un halogenuro de ácido en presencia de un ácido de Lewis como: Al Cl3 , Zn Cl2 ó BF3 C Cl O AlCl3 C O HCl Acetofenona Benzofenona ( 90 % ) 3. HIDRATACIÓN DE ALQUINOS: CH3–C CH + H2O /H2SO4 / HgSO4 CH3 –CO–CH3 Propino Propanona PROPIEDADES FUNDAMENTALES DE CETONAS Las acetonas desde la propanona hasta la decanona son líquidos volátiles y aromáticos, a partir de C11 son sólidas e inodoras. La densidad de las acetonas es inferior a la del agua y su punto de ebullición inferior al del alcohol correspondiente. Las cetonas dan reacción negativa con los reactivos de Fehling y Tollens esto las diferencia de los aldehídos. LA PROPANONA: C O CH 3 CH 3 Es la más sencilla de las cetonas, llamada también dimetilcetona y comercialmente acetona, fue descubirta en 1754 por COURTENUAUX. Es un líquido muy volátil, incoloro, su punto de ebullición es 56C, densidad=0,79 g/cm3, de olor característico, miscible con agua en toda proporción, también es soluble en alcohol y éter, muy inflamable, arde con llama azulada. La acetona se prepara a escala industrial por dos procedimientos: PROPIEDADES FUNDAMENTALES DE LAS CETONAS Por deshidrogenación del 2 – propanol: H2+ CH3 - C - CH3 O CH3-CH-CH3 OH A partir del acetato de calcio: Ca (CH3–COO)2 CH3- C - CH3 O CaCO3+ Su excelente poder disolvente de un gran número de sustancias orgánicas acetileno, materias grasas, resinas, acetatos y nitratos de celulosa, explica sus importantes aplicaciones como disolventes; también es usado para preparar cloroformo (CHCl3) , yodoformo (CHI3) y algunas pólvoras sin humo, como desnaturalizante del alcohol, para fabricar barnices y pinturas. La cetonas, se encuentra normalmente en la sangre y en la orina, siendo más abundante en ciertas condiciones patológicas como diabetes y acetonuria. ACTIVIDAD FORMULAR LOS SIGUIENTES COMPUESTOS A) 3 – etil – 6 – hidroxi – 2 – metil heptanal: B) 1–fenilpropanona: NOMBRAR LOS SIGUIENTES COMPUESTOS METACOGNICIÓN 1. ¿Qué aprendimos en esta sesión? 2. ¿En que otras ocasiones podrás utilizar lo aprendido hoy ? 3. ¿Qué es lo que más me gusto de lo aprendido en la clase de hoy? Referencias bibliográficas • MCMURRY, JOHN QUÍMICA ORGÁNICA, 2012 • http://www.sinorg.uji.es/Docencia/QO/tema1QO.pdf • https://www.tagusbooks.com/leer?isbn=9788436268270&li=1&idsou rce=3001 https://www.tagusbooks.com/leer?isbn=9788436268270&li=1&idsource=3001 GRACIAS
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