Grupos funcionales

HIDROCARBUROS HALOGENADOS Y SUS USOSHIDROCARBUROS HALOGENADOS Y SUS USOS

C O M P U E S T O U S O S

CH3 - CH

2 - Cl Cloroetano

Anestésico local. Su bajo punto de ebullición hace que se evapore rápidamente, enfriando las terminaciones nerviosas.

|C|

Cl

- ClF -

F|C|

Cl

- ClCl -

F

diclorodifluormetano (freón 12)

triclorofluormetano (freón 11)

Los freones (nombre comercial) se usan como refrigerantes. No son inflamables ni tóxicos. Algunos se usan en extintores especiales contra el fuego

- ClCl -p-diclorobenceno

Se usa ampliamente para repeler a las polillas

DDTPesticida persistente. Se utilizó mucho como insecticida entre 1950 y 1970. Su uso está actualmente limitado debido a su toxicidad y a que no es biodegradable

CCl Cl

|C|- ClCl -

Cl

|H

- - - -

CONCEPTO DE GRUPO FUNCIONALCONCEPTO DE GRUPO FUNCIONAL

Un grupo funcional es un átomo o grupo de átomos presente en una molécula orgánica que determina las propiedades químicas de dicha molécula

Algunas moléculas poseen más de un grupo funcional diferente, otras tienen el mismo grupo funcional repetido varias veces

El grupo funcional es el principal responsable de la reactividad química del compuesto, por eso todos los compuestos que poseen un mismo grupo funcional, muestran las mismas propiedades

G.F.HCHC = esqueleto hidrocarbonado

G.F. = grupo funcional

H - C - C - H

H|

H|

|H

|H

etano H - C - C - OH

H|

H|

|H

|H

etanol

4

PRINCIPALES GRUPOS FUNCIONALESPRINCIPALES GRUPOS FUNCIONALES

GRUPO FUNCIONAL NOMBRE DE LA SERIE HOMÓLOGA SUFIJO PREFIJO(CUANDO NO ES GRUPO PRINCIPAL)

- OH Alcoholes - ol hidroxi- O - Éteres - éter R- oxi

- C =O

H- Aldehidos -al formil

C = O

R

RCetonas -ona oxo

- C =O

OH- Ácidos carboxílicos -oico carboxi

-

2- NH Aminas -amina amino

- C =O

NH2

- Amidas -amida carbamoil

- C =O

OR- Ésteres -oato

de R

5

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

Amida amido R–CONR’R amida amido

Nitrilo nitrilo R–CN nitrilo ciano (incluye C)

Aldehído carbonilo R–CH=O …al formil (incluye C)

Cetona carbonilo R–CO–R’ …ona oxo

Alcohol hidroxilo R–OH …ol hidroxi

Fenol fenol –C6H5OH …fenol hidroxifenil

Amina (primaria) (secundaria)(terciaria)

Amino  “

R–NH2

R–NHR’ R–NR’R’’…ilamina…il…ilamina

amino

Éter Oxi R–O–R’ …il…iléter oxi…il

Hidr. etilénico alqueno C=C …eno …en

Hidr. acetilénico alquino CºC …ino Ino (sufijo)

Nitrocompuestro Nitro R–NO2 nitro… nitro

Haluro halógeno R–X X… X

Radical alquilo R– …il …il

GRUPOS POR ORDEN DE PREFERENCIA

6

NOMENCLATURA DE COMPUESTOS ORGÁNICOS CON GRUPOS FUNCIONALESNOMENCLATURA DE COMPUESTOS ORGÁNICOS CON GRUPOS FUNCIONALES

CH3- CH- CH2- CO- CH3

CH3

12345

4-metil-2-pentanona

CH3- CH- CH2- C

OH

=O

H3-hidroxi-butanal

El nombre de la cadena principal termina en un sufijo propio del grupo funcional

A los criterios dados para elegir la cadena principal se antepone el de escoger aquella que contenga el grupo funcional

Si hay más de un grupo funcional, el sufijo de la cadena principal es el correspondiente al grupo funcional principal, elegido según el orden de mayor a menor preferencia: ácido, éster. Amida, aldehido, cetona, alcohol, amina, éter

Los grupos funcionales no principales, se nombran como sustituyentes utilizando el prefijo característico

7

ALCOHOLESALCOHOLES

OXIDACIÓN DE ALCOHOLES PRIMARIOS

OXIDACIÓN DE ALCOHOLES SECUNDARIOS

Son compuestos orgánicos oxigenados, y sus moléculas contienen uno o más grupos hidroxilo, - OH

El grupo - OH puede ocupar distintas lugares en la cadena, y en tal caso, se indica con un localizador, el carbono al que está unido

Si el compuesto tiene dos, tres, etc., grupos - OH, se usan los prefijos diol, triol, ...

CH3OH metanol

CH3 - CH2OH etanol

CH3 - CH2 - CH2OH 1-propanol

CH3 - CHOH - CH2OH 1,2-propanodiol

R - CH2OH(O)

R - CO

H

(O)R - C

O

OH

R - CHOH - R(O)

R - CO - R

8

ÉTERESÉTERES

CH3 - CH2 - O - CH3

CH3 - CH2 - O - CH2 - CH3CH3 - CH2 - O - CH3CH3 - O - CH3

Son compuestos orgánicos en los que un átomo de oxígeno une dos radicales carbonados

Se nombran (en la nomenclatura radicofuncional) por orden alfabético, los radicales unidos al - O -, seguidos de la palabra ÉTER

En la nomenclatura sustitutiva, se nombra el radical más sencillo (con la palabra OXI), seguido sin guión del nombre del hidrocarburo del que deriva el radical más complejo

dimetil éter etilmetil éter dietil éter

metoxietano

9

ALDEHÍDOSALDEHÍDOS

CH3 - CH2 - CH - CH2- CO

H

CH3

| CH2 = CH - CH2- C

O

H

CH3 - CO

Hetanal

3 - butenal3-metilpentanal

Son compuestos orgánicos que se caracterizan por tener el grupo funcional carbonilo

En los aldehidos, dicho grupo es terminal (por ir situado al final de la cadena) o primario (por ir unido a un carbono primario)

C = O Aldehido (ALcohol DEsHIdrogenaDO)

Se nombran añadiendo al nombre del hidrocarburo la terminación AL (grupo carbonilo en un extremo) o DIAL (grupo carbonilo en dos extremos)

No es necesario añadir un localizador para el carbonilo

- C

O

Haldehido

10

CETONASCETONAS

CH3 - CO - CH3

CH3 - CO - CH2 - CO - CH3

2,4 - pentanodiona

Son compuestos orgánicos que se caracterizan por tener el grupo funcional carbonilo -CO- , ligado a dos carbonos (no es terminal)

En la nomenclatura sustitutiva, se nombran a partir del hidrocarburo del que procede, añadiendo la terminación -ONA, -DIONA, etc., e indicando la presencia del grupo carbonilo (-CO-) asignando los localizadores más bajos posibles

En la nomenclatura radicofuncional (menos utilizada), se nombran alfabéticamente, uno a continuación del otro, añadiendo al final la palabra CETONA

R - CO

R

cetona CH3 - CO - CO - CH3

butanodiona

propanona

dimetil cetona

acetona

11

ÁCIDOS CARBOXÍLICOSÁCIDOS CARBOXÍLICOS

HOOC - COOH

CH3 - CH2 - CH2- COOH CH3 - CH -

COOHOHÁc. butanoico

Son compuestos orgánicos que se caracterizan por tener el grupo funcional carboxilo -COOH, ligado a un carbono terminal primario

Se nombran sistemáticamente anteponiendo la palabra ÁCIDO, seguida del nombre del hidrocarburo del que procede terminado en -OICO. Será -DIOICO si el grupo carboxilo está en ambos carbonos terminales

Se numeran a partir del grupo -COOH, y en caso de que hubiera dos, según las normas vigentes para las demás funciones o radicales presentes

- CO

OH

Acido carboxílico

Ác. etanodioico

Ác. 2hidroxipropanoico

Ác. láctico

12

Á C I D O S C A R B O X Í L I C O S C O M U N E S

FÓRMULA NOMBRE Se encuentra en

Ortiga, hormiga

Vinagre

Mantequillarancia

Raíz de lavaleriana

Cabras

H - COOH

- CH3 COOH

CH3 - (CH2)2- COOH

3 2)3CH - (CH - C OOH

CH3 - (CH2)4- C OOH

CH3 - CHOH - COOH

Ac. metanoico o fórmico

Ac. etanoico o acético

Ac. butanoico o butírico

Ac. pentanoico o valeriánico

Ac. hexanoico o caproico

Ac. 2-hidroxipropanoico o láctico Leche agria

13

ÉSTERES Y SALESÉSTERES Y SALES

CH3 - CH2 - CH2 - COONa

CH3 - CO

OCH3

H - CO

OCH2CH2CH3

Metanoato de propilo

Son compuestos orgánicos que se caracterizan por ser producto de la sustitución de los átomos de hidrógeno del grupo carboxilo por un elemento metálico (SALES) o por un radical carbonado (ÉSTERES)

Se nombran sustituyendo la terminación -ICO del ácido, por -ATO seguida del nombre del radical alquílico R

R- CO

O - R

Ésteres Etanoato de metilo

Sales

R- CO

O-

n

Me

Butanoato de sodio

14

AMINASAMINAS

CH3 - NH - CH3CH3 - NH2

Se pueden considerar como compuestos orgánicos derivados del amoníaco, en el que se han sustituido uno o más átomos de hidrógeno, por otros tantos radicales alquilos. Según sustituyan uno, dos ó tres, se llaman primarias, secundarias o terciarias respectivamente

metilamina dimetilamina

PRIMARIA SECUNDARIA TERCIARIA

amoníaco

|N

HH

H

|N

HH

R

RH

R |N

RR

R |N

15

AMIDAS AMIDAS

PRIMARIA SECUNDARIA TERCIARIA

Pueden considerarse como derivadas de los ácidos al sustituir el grupo -OH de los mismos, por el grupo -NH2, dando lugar al grupo funcional llamado AMIDO

El nitrógeno queda unido directamente al carbonilo

- CO

NH2

amida

H - CONH2 CH3 - CONH2

Dos grupos - C = O

- CO - NH - CH 2- - CO - NH2

Un grupo - C = O

unido al nitrógeno

Tres grupos - C = O

- CO - N - CH 2-

CH 2-

CH3 - CO - NH - CO - CH3

Dietanamida o diacetamida

metanamida o formamida

etanamida o acetamida

16

ISOMERÍAISOMERÍA

Clasificación

Dos compuestos son isómeros cuando, siendo diferentes, responden a la misma fórmula molecular

Se dividen en en dos grupos: isómeros estructurales y estereoisómeros

a) Los isómeros constitucionales o estructurales se subdividen en:

- Isómeros de cadena

- Isómeros de posición

- Isómeros de función

a) Los estereoisómeros se subdividen en:

- Enantiómeros

- Isómeros geométricos o diastereoisómeros

17

LOS ISÓMEROS CONSTITUCIONALES O ESTRUCTURALESLOS ISÓMEROS CONSTITUCIONALES O ESTRUCTURALES

- Isómeros de cadena

- Isómeros de posición

- Isómeros de función

Se subdividen en :

Son aquellos que difieren en la colocación de los átomos de carbono

CH3- CH2- CH2 - CH3 y CH3- CH- CH3

CH2

-

Ejemplo:

Son aquellos que teniendo el mismo esqueleto carbonado, se distinguen por la posición que ocupa el grupo funcional

CH3- CH2- CH2- CH2- OH y CH3- CH2- CHOH- CH3 Ejemplo:

CH3- CH2- CH2- OH y CH3- O- CH2- CH3 Ejemplo:

Son aquellos que teniendo la misma fórmula molecular, poseen grupos funcionales diferentes

18

LOS ESTEREOISÓMEROS

LOS ESTEREOISÓMEROS

- Enantiómeros

- Isómeros geométricos o diastereoisómeros

Ejemplo:

Si uno es la imagen especular del otro, y no pueden superponerse

Son aquellos que no guardan entre sí una relación objeto-imagen en el espejo. Corresponden a dobles enlaces y a la colocación de los sustituyentes iguales, los dos al mismo lado CIS o opuestos TRANS

Las moléculas (1) y (2) son uno imagen del otro y por tanto, son enantiómerosLas moléculas (3) y (4) difieren en la posición . Son isómeros geométricos

Son aquellos que teniendo la misma fórmula molecular, tienen sus átomos colocados de igual manera, pero su disposición en el espacio es diferente. Se subdividen en :

(3)

(4)

CH3

C

HO COOH

H

CH3

C

OHHOOC

H

(1) (2)

ObjetoImagen

especular

19

LOS ISÓMEROS CONSTITUCIONALES O ESTRUCTURALESLOS ISÓMEROS CONSTITUCIONALES O ESTRUCTURALES

- Isómeros de cadena

- Isómeros de posición

- Isómeros de función

Se subdividen en :

Son aquellos que difieren en la colocación de los átomos de carbono

CH3- CH2- CH2 - CH3 y CH3- CH- CH3

CH2

-

Ejemplo:

Son aquellos que teniendo el mismo esqueleto carbonado, se distinguen por la posición que ocupa el grupo funcional

CH3- CH2- CH2- CH2- OH y CH3- CH2- CHOH- CH3 Ejemplo:

CH3- CH2- CH2- OH y CH3- O- CH2- CH3 Ejemplo:

Son aquellos que teniendo la misma fórmula molecular, poseen grupos funcionales diferentes

Reactividad de los compuestos orgánicos

• Se debe a los grupos funcionales.– Por alta densidad electrónica (doble o triple enlace)– Por fracción de carga positiva en el átomo de carbono

(enlaces C–Cl, C=O, CN)• Ruptura de enlaces de alta energía.

– homolítica (por la presencia de radicales libres)– heterolítica (el par electrónico va a un átomo)

• Desplazamientos electrónicos.

Tipos de rupturas de enlaces.• Homolítica: El enlace covalente se rompe de manera simétrica

(1 electrón para cada átomo). A : B A· + ·B (radicales libres) –Suele producirse en presencia de luz UV pues se necesita un aporte de energía elevado.

• Heterolítica: El enlace se rompe de manera asimétrica (uno de los átomos se queda con los dos electrones que compartían)

A : B A:– + B+

–Carbocationes: R3C+ Ejemplo: (CH3)2CH+

–Carbanión: R3C:– Ejemplo: Cl3C:–

Tipos de reactivos.• Homolíticos: Radicales libres.

– Son especies químicas que tienen átomos con electrones desapareados.

– Se forman en la reacciones con ruptura homolítica.• Nucleófilos: Tienen uno o más pares de electrones libres

(bases de Lewis).– Atacan a partes de molécula con deficiencia de electrones.

• Electrófilos: Tienen orbitales externos vacíos (ácidos de Lewis)– Atacan a zonas con alta densidad electrónica (dobles o

triples enlaces)

Ejemplos de reactivos nucleófilos y electrófilos.

• NUCLEÓFILOS– R–OH– R–O–

– H2O

– R–NH2

– R – CN– R–COO–

– NH3

– OH–

– halogenuros: Cl–, Br–

• ELECTRÓFILOS– H+

– NO2+

– NO+ – BF3, AlCl3

– cationes metálicos: Na+

– R3C+

– SO3

– CH3Cl, CH3–CH2Cl

– halógenos: Cl2 , Br2

EjercClasifica según sean nucleófilos o electrófilos los siguientes reactivos:

R–NH2; I+; BH3; R–OH; R–CN; Br–; CH3–CH2–O–; CH3–COO–; Ca2+ .

• Nucleófilos: R–NH2; R–OH; R–CN; Br–; CH3–CH2–O– ;CH3–COO–

• Electrófilos: I+; BH3; Ca2+

Reacciones químicas principales• Sustitución:

– un grupo entra y otro sale.– CH3–Cl + H2O CH3–OH + HCl

• Adición: a un doble o triple enlace– CH2=CH2 + Cl2 CH2Cl–CH2Cl

• Eliminación: de un grupo de átomos. – Se produce un doble enlace– CH3–CH2OH CH2=CH2 + H2O

• Redox: (cambia el E.O. del carbono). – CH3OH + ½ O2 HCHO + H2O

MUY IMPORTANTE

MUY IMPORTANTE

Reacciones de sustitución.

• Radicálica: Se produce en tres fases– Iniciación– Propagación– Terminación

• Electrófila: Un reactivo electrófilo ataca zonas de alta densidad electrónica (dobles enlaces del anillo bencénico)

• Nucleófila: Un reactivo nucleófilo ataca a un carbocatión.

Reacciones de adición.

• Electrófila: (a doble o triple enlace)– Suelen seguir un mecanismo unimolecular.– Siguen la regla de Markownikoff:

“La parte positiva del reactivo se adiciona al carbono más hidrogenado”.

• Nucleófila: En sustancias orgá-nicas con dobles enlaces fuerte-mente polarizados. Ej.– C=O

• Radicálica: Es poco frecuente.– Se produce en presencia de peróxidos.

(antiMarkownikoff)

Ejemplos de reacciones de adición.• Electrófila: • CH3–CH=CH2 + H2 CH3–CH2–CH3

• CH3–CH=CH2 + Cl2 CH3–CHCl–CH2Cl

• CH3–CH=CH2 + HBr CH3–CHBr–CH3

(mayor proporción)

• CH3–CH=CH2 + H2O (H+) CH3–CHOH–CH3

(mayor proporción)

• Nucleófila: CN |

CH3–CO–CH3 + HCN CH3 –C–CH3 |

OH

Reacciones de eliminación

• De la molécula orgánica se elimina una pequeña molécula; así, se obtiene otro compuesto de menor masa molecular.

• Siguen la regla de Saytzeff:“En las reacciones de eliminación el hidrógeno sale del carbono adyacente al grupo funcional que tiene menos hidrógenos”

Ejemplos de reacciones de eliminación

• Deshidrohalogenación de halogenuros de alquilo.– Se produce en medio básico.CH3–CH2–CHBr–CH3 + NaOH CH3–CH=CH–CH3

• Deshidratación de alcoholes.– Se produce en medio ácido.CH3–CH2–CHOH–CH3 + H2SO4 CH3–CH=CH–CH3

mayoritario

Reacciones Redox.• En Orgánica existen también reacciones redox.• Es más complejo determinar el E.O. del C, ya que en una misma cadena,

cada átomo de C puede tener un estado de oxidación distinto.• Como consecuencia de ello, al calcular el estado de oxidación, en

ocasiones salen números fraccionarios, que no son sino las medias aritméticas de los estados de oxidación de cada uno de los átomos de carbono.

• Habitualmente, se sigue utilizando el concepto de oxidación como aumento en la proporción de oxígeno y reducción como disminución es la proporción de oxígeno.

Reacciones Redox más comunes.

• Oxidación de alquenos• Ozonolisis.• Oxidación de alcoholes.• Oxidación y reducción de aldehídos y

cetonas.• Combustión.

Oxidación de alquenos.

• Los alquenos se oxidan con formando dialcoholes:

• Ejemplo:CH3–CH=CH–CH3 CH3 –CHOH–CHOH–CH3

• Si no se toman precauciones la oxidación puede ser más profunda y formarse aldehídos y/o cetonas.

KMnO4

Ozonolisis.• Es una reacción específica del doble enlace, que

consiste en la ruptura del mismo partiendo la cadena en dos y formando ácidos carboxílicos o cetonas:

• En presencia de un ambiente reductor, es posible obtener aldehídos en vez de ácidos carboxílicos.

Oxidación de alcoholes.• Los alcoholes se oxidan por acción del KMnO4 o del

K2Cr2O7 a aldehídos o cetonas dependiendo de si se trata de un alcohol primario o secundario, respectivamente.

• Los alcoholes terciarios, en cambio, son bastante resistentes a la oxidación.

• Ejemplo:

CH3–CHOH–CH2–CH3 CH3–CO–CH2–CH3KMnO4

Oxidación y reducción de aldehídos y cetonas. Ejemplos.

• CH3–CH2–CHO CH3–CH2–COOH

• CH3–CO–CH3+ H2 CH3–CHOH–CH3

• CH3–CH2–CHO CH3–CH2–CH3 + 2 H2 + H2O

O2

Pt o Pd

Zn/HCl

Combustión

• Constituyen un caso especial dentro de las reacciones redox. En ellas, el compuesto se quema para formar CO2 y H2O y liberándose gran cantidad de energía..

• Ejemplo:• CH2=CH2 + 3 O2 2 CO2 + 2 H2O + energía

Otras reacciones orgánicas

• Esterificación/hidrólisis ácida.• Saponificación (hidrólisis básica).• Condensación.

Esterificación o Hidrólisis ácida

• Se produce entre ácidos carboxílicos cuando reaccionan con alcoholes:

R–COOH + R’–OH→R–CO–O–R’ + H2O

• Se forman ésteres y se desprende una molécula de agua. • Se trata de una reacción reversible.

Otras reacciones.• Saponificación (hidrólisis básica):

– Es una reacción de las grasas (triésteres de la glicerina o propanotriol). –Es una reacción irreversible.

• Condensación:

CH3–CHO + NH2–OH CH3–CH=N–OH + H2O

CH2–O–CO–R R–COO–Na+ CH2OH CH–O–CO–R’+3 NaOH R’–COO–Na+ + CHOH CH2–O–CO–R’’ R’’–COO–Na+ CH2OH