Grupos funcionales
GRUPOS FUNCIONALES
Se
llama grupo funcional al átomo o grupo de átomos que caracteriza a
una clase de compuestos orgánicos y determina sus propiedades. Esencialmente el
grupo funcional es la parte no hidrocarbonada de la molécula. Define las
propiedades características físicas y químicas de las familias de compuestos
orgánicos.
Por
ejemplo, en los alcoholes que tienen por fórmula general ROH, en la
que R es cualquier grupo alquilo, el grupo hidroxilo —OH, es el
grupo funcional.
ALCOHOLES:
Estan formados por una cadena de carbones representada por Radical (R-) y el
grupo funcional –OH, es decir, su formula general es:
R-OH
Los monoalcoholes derivados de los alcanos
responden a la fórmula general:
CnH2n+1OH .
Todos
los alcoholes tienen la terminación “-ol”. Ejemplos:
El
metanol, no se debe de tomar, produce ceguera o la muerte.
El etanol es de las bebidas alcoholicas y se
puede tomar sin graves consecuencias.
El
etilenglicol es el anticongelante para los carros y el propanotriol es la
glicerina.
CH3-OH Metanol
CH3CH2-OH Etanol
HO-CH2-CH2-OH
Etanodio Propanotriol
OH OH
OH
Los alcoholes se dividen en tres clases en
función del número de átomos de hidrógeno sustituidos en el átomo de carbono al
que se encuentra enlazado el grupo hidroxilo. Por lo tanto los alcoholes pueden
ser primarios, secundarios o terciarios, cuando el átomo de carbono está unido
respectivamente a uno, dos o tres átomos de carbono.
Las
propiedades químicas de los alcoholes están relacionados con el grupo -OH, que
es muy polar y capaz de establecer puentes de hidrógeno con sus moléculas
compañeras, con otras moléculas neutras, y con aniones.
ALDEHIDOS: Estan
formados por una cadena de carbonos representada por un Radical (R-) y el grupo
funcional –COH; su formula general es: R-COH.
Todos
los aldehídos tienen la terminación “-al”. Ejemplos:
El
metanal o formaldehido se vende con el nombre de formol, este se emplea para
conservar el tejido muerto (cadáveres, fetos, embriones, organismos para
biología, etcétera).
O
H-COH Metanol
CH3-COH Etanol
CH3-CH2-COH Propanol
A
temperatura de 25ºC, los aldehídos con uno o dos carbonos son gaseosos, de 3 a
11 carbonos son líquidos y los demás son sólidos. Los aldehídos más simples son
bastante solubles en agua y en algunos solventes apolares.
Presentan
también olores penetrantes y generalmente desagradables. Con el aumento de la
masa molecular esos olores van volviéndose menos fuertes hasta volverse
agradables en los términos que contienen de 8 a 14 carbonos. Algunos de ellos
encuentran inclusive su uso en perfumería (especialmente los aromáticos).
El
grupo carboxilo confiere una considerable polaridad a los aldehídos y por esto
poseen puntos de ebullición más altos que otros compuestos de peso molecular
comparable.
Los
aldehídos y cetonas son bastante reactivos en ocurrencia de gran polarizad
generada por el grupo carboxilo, que sirve como lugar de adición nucleofílica y
aumentando la acidicidad de los átomos de hidrógeno ligados al carbono α
(carbono enlazado directamente al carboxilo). En relación a las cetonas, los
aldehídos son bastante más reactivos. Esto posibilita la formación de racematos
(mezcla de enantiómeros), en caso que el carbono sea asimétrico.
Otros
factores influencian la reactividad de los aldehídos y cetonas y son las
intensidad de la polaridad entre C y O y el volumen de el/los agrupamiento/s
enlazado/s al carboxilo.
En
cuanto al volumen de el/los agrupamiento/s enlazado/s el carboxilo, tanto más
facilitado será la reacción cuanto menor fuesen esos grupos, debido a un menor
impedimento esteárico (facilita la aproximación del reactivo nucleofílico al
carbono).
CETONAS: Estan
formadas por una cadena de atomos de carbono (Ridical R-), el grupo funcional
–CO- y otra cadena de atomos de carbono (Radical R-); su formula general es:
R-CO-R.
Las
cetonas son buenos disolventes de esmaltes, barnices, adhesivos, etecetera. La
dimetil cetona se vende comercialmente como acetona.
O
CH3-CO-CH3 Dimetil cetanol
CH3-CH2-CO-CH3
acentona
Cuando
el grupo funcional carbonilo es el de mayor relevancia en dicho compuesto
orgánico, las cetonas se nombran agregando el sufijo -ona al
hidrocarburo del cual provienen (hexano, hexanona; heptano, heptanona; etc).
También se puede nombrar posponiendo cetona a los radicales a los
cuales está unido (por ejemplo: metilfenil cetona). Cuando el grupo carbonilo
no es el grupo prioritario, se utiliza el prefijo oxo- (ejemplo:
2-oxopropanal).
Los
compuestos carbonílicos presentan puntos de ebullición más bajos que
los alcoholes de su mismo peso molecular.
No hay grandes diferencias entre los puntos de
ebullición de aldehídos y cetonas de igual peso molecular. Los compuestos
carbonílicos de cadena corta son solubles en agua y a medida que aumenta la
longitud de la cadena disminuye la solubilidad.
Al
hallarse el grupo carbonilo en un carbono secundario son menos reactivas que
los aldehídos.
Sólo
pueden ser oxidadas por oxidantes fuertes como el permanganato de potasio,
dando como productos dos ácidos con menor número de átomos de carbono. Por
reducción dan alcoholes secundarios.
No
reaccionan con el reactivo de Tollens para dar el espejo de plata como los
aldehídos, lo que se utiliza para diferenciarlos.
ACIDOS CARBOXILICOS: Estan formados por una cadena de
carbonos( Radicla, R-) y el grupo funcional –COOH; su formula general es:
R-COOH
Los
acidos carboxílicos tienen la terminación “-oico” y son acidos débiles.
Ejmplos:
El
acido metanoico (o formico) es veneno de las hormigas, el acido etanoico o
acido acético se conoce como vinagre.
O
H-COOH Acido metanoico
CH3-COOH Acido eranoico
CH3.CH2-COOH Acido acético Vinagre
La
estructura molecular se presenta en forma trigonal plana.
Generalmente
son sólidos y contienen más de ocho átomos de carbono, al menos que posean
doble enlace, lo que impide una formación compacta.
A
medida que aumenta la cadena de carbono disminuyen su solubilidad en agua, en
este sentido, cuando pasan de diez átomos de carbono son insolubles,
contrariamente, son muy disolubles en alcoholes, debido a que forman enlaces de
hidrógeno. El comportamiento químico de estos ácidos está determinado por
el grupo carboxilo.
Aunque
el olor es el característico de cada ácido, a mayor cantidad de carbonos este
disminuye.
Con
el grupo hidroxilo generan hidrógeno ácido y se comportan como bases sobre el
oxígeno carbonílico.
Poseen
un punto de ebullición superior al de los alcoholes, cetonas o aldehídos,
debido a la fuerte presencia del hidrógeno.
Unidos
a un ácido orgánico pierden agua produciendo anhídridos, que causan el efecto
de efervescencia en las bebidas de cola.
Se
convierten en cloruros de ácido al contacto con el cloruro de tionilo y oxalilo
formando subproductos gaseosos.
Forman
alcoholes primarios en su aleación con el hidruro de litio y aluminio. Las
propiedades de fusión también varían de acuerdo a la cantidad de moléculas de
carbonos, que a partir de seis átomos empieza a ser irregular
El
sector farmacéutico los emplea en la fabricación de medicamentos:
Antipiréticos
y analgésicos (ácido acetilsalicílico), antimicóticos (ácido benzoico),
vitamina C (ácido ascórbico), fungicidas (ácido caprílico) y laxantes
(ácido hidroxibutanodioico).
Normalmente los
ácidos carboxílicos no tienen un efecto nocivo para la salud del ser
humano, debido a que la mayoría de estos componentes provienen de la
naturaleza, y como hemos evidenciado, muchos se usan para el consumo humano.
Forman
parte de una gran cantidad de células corporales, constituyendo los
fosfolípidos y triacilglicéridos, que son ácidos grasos que se encuentran en
las membranas celulares, neuronas, músculo cardíaco y tejido nervioso.
Están presentes
en procesos fundamentales como el ciclo metabólico de las células en el
organismo, llamado Ciclo de Krebs.
La
biotina como ácido carboxílico interviene en el metabolismo de
hidratos de carbono y algunos aminoácidos como factor de crecimiento.
El
ácido acético concentrado es corrosivo y puede causar quemaduras en la
piel o daños en los ojos.
Todos
los medicamentos derivados de los ácidos carboxílicos deben
ser consumidos de acuerdo a prescripción médica, para evitar efectos
colaterales.
Su
manipulación sobre todo en el área industrial requiere de sumo cuidado y
conocimiento de las reacciones con otros componentes.
ESTER: Estan
formados por una cadena de carbonos (Radical, R-), el grupo funcional –COO. Y
otra cadena de atomos de carbono (R.) su forula general es:
R-COH-E
Los
esteres tienen terminación “-ato”. Los aromas de las frutas son esteres.
Ejemplos:
El
olor a piña es el butano de metilo.
O
CH3-CH2-CH2-COO-H3 Butano de metlo olor a piña
ETER: Estan formados por
una cadena de carbonos (radical, R-), el grupo funcional –O- y otra cadena de C
(Radical R-); su formula general es:
R-O-R
Los
esteres son buenos disolventes.
CH3-O-CH3 Dimetil etere
CH3-CH2-O-CH3 til, metal, eter
Los
alcoholes y los éteres son moléculas polares. En ambos tipos de compuestos, el oxígeno
lleva una carga negativa parcial. Sin embargo, la mol6cula de un alcohol es muy
polar que la de un Eter.
La
razon es que el hidrogeno es muy electropositivo que el carbono, y por
consiguiente el enlace O-H es más polar que el enlace O-R. Los momentos
dipolares de los siguientes compuestos muestran una polaridad decreciente en la
serie H2O, ROH y ROR.
Los
éteres pueden ser de cadena abierta o cíclicos. Cuando el tamaño del anillo,
incluyendo el oxígeno, es de cinco o más átomos, la química de tal éter puede
extrapolarse de la del correspondiente o análogo de cadena abierta. (Hay
ciertas diferencias en las velocidades de reaccion, porque el oxígeno en un
éter cíclico está menos impedido estericamente "sus sustituyentes
alquílicos esth inmovilizados en un anillo.)
Los epoxidos tienen la función Eter formando
un anillo de tres miembros. Son más reactivos que otros éteres, a causa de la
tensi6n del anillo.
Algunos
Eteres ciclicos:
Debido
a que los alcoholes pueden formar enlaces de hidrogeno con otras moléculas de
alcohol, tienen puntos de ebullicion mayores que los halogenuros de alquilo o
los Eteres de peso molecular comparable.
La
tabla compara los puntos de ebullicion de algunos alcoholes y halogenuros orgánicos
del mismo número de atomos de carbono.
Los
alcoholes de bajo peso molecular son miscibles con el agua, mientras que los
correspondientes halogenuros de alquilo son insolubles en agua. Esta
solubilidad en agua es directamente atribuible a los enlaces de hidrogeno entre
los alcoholes y el agua.
La
ramificacion aumenta la solubilidad en agua. Aunque el butanol es ligeramente
soluble, el alcohol t-butilico, (CH,),COH, es miscible con el agua.
AMIDA: Las
amidas son derivados de los ácidos carboxílicos. Como sabemos, los ácidos
carboxílicos contienen un grupo COOH. En las amidas se sustituye el OH por un
grupo R-N-R. Esta amida podría ser primaria, terciaria o secundaria dependiendo
de que fueran estos radicales llamados R.
Si
fueran dos hidrógenos sería una amida primaria. Si fueran un hidrógeno y una
cadena sería secundaria y si ambas R fueran cadenas sería una amida terciaria.
Los puntos de ebullición de estos compuestos orgánicos varían bastante.
Una amida se puede
sintetizar en su forma más sencilla a partir de una molécula de amoníaco, en la
cual un átomo de hidrógeno ha sido reemplazado por el grupo acilo (RCO-). Esta
molécula de amida sencilla se representa como: RC(O)NH2 y se
clasifica como una amida primaria.
Esta síntesis se puede dar de diversas
formas, pero el método más sencillo es a través de la combinación de un ácido
carboxílico con una amina, a temperaturas altas, para cumplir con su
requerimiento de una alta energía de activación y para evitar que exista una
reacción inversa que regrese la amida a sus reactivos iniciales
Las
amidas secundarias son aquellas amidas en donde el nitrógeno del grupo amino
(-NH2) se encuentra unido primero al grupo carbonilo, pero también a otro
sustituyente R.
Estas
amidas son más comunes y presentan la fórmula RC(O)NHR’. También pueden formar
enlaces de hidrógeno con otras amidas, así como con otras sustancias.
Y la
amidas terciarias son amidas en las que sus hidrógenos han sido sustituidos en
su totalidad por el grupo carbonilo y dos cadenas sustituyentes o grupos
funcionales R.
Estas
amidas, por no poseer electrones desapareados, no pueden formar puentes de
hidrógeno con otras sustancias. Aún así, todas las amidas (primarias,
secundarias y terciarias) pueden formar enlace con el agua.
Las
amidas poseen puntos de fusión y ebullición altos para el tamaño de sus
moléculas por su capacidad de formar enlaces de hidrógeno.
Los
átomos de hidrógeno en un grupo –NH2 son suficientemente positivos para
formar un enlace de hidrógeno con un par libre de electrones en otra molécula. Estos
enlaces formados requieren de una cantidad razonable de energía para romperse,
por lo que los puntos de fusión de las amidas son altos.
La
etanamida, por ejemplo, forma cristales incoloros a 82 ºC, a pesar de ser una
amida primaria y una cadena corta (CH3CONH2).
Las
amidas más pequeñas (primarias y secundarias) son solubles en agua porque
tienen la habilidad de formar enlaces de hidrógeno con las moléculas de agua;
las terciarias no poseen esta habilidad.
Comparadas
con las aminas, las amidas poseen poca fuerza básica; aún así, son más fuertes
como bases que los ácidos carboxílicos, esteres, aldehídos y cetonas.
A
pesar de que no son comúnmente reducidas, las amidas pueden descomponerse (a
aminas) a través de una reducción catalítica a alta temperatura y presión;
también pueden reducirse a aldehídos sin necesidad de rutas catalíticas.
Las
amidas deben nombrarse con el sufijo “-amida”, o “-carboxamida” si el carbono
que forma parte del grupo amida no puede ser incluido en la cadena principal.
El prefijo usado en estas moléculas es “amido-“, seguido del nombre del
compuesto. Ejemplos
–
Formamida (CH3NO), un líquido miscible con agua que puede formar parte de
herbicidas y pesticidas.
–
Etanamida (C2H5NO), un producto intermedio entre la acetona y la úrea.
–
Etanodiamida (CONH2)2, sustituto para la úrea en los fertilizantes.
–
N-metiletanamida (C3H7NO), sustancia corrosiva y altamente inflamable.
AMINA: Estan
formadas por uuna cadena de carbonos (Radical, R-) y el grupo funcional -NH2, su formula general es:
R-NH2
En
este caso se estaría hablando de una amina primaria, pero se sustituye un H por
otro R, se tendría una amina secundaria; y, si se susitituye el otro H por otro
R, se tendrá una amina secundaria; y, si se sustituye el otro H por otro R, se
tendría una amina terciaria.
CH3-NH2 Metil amina amina primaria
CH3-NH-CH2-CH3 etil, metil, amina amina secundaria
CH3
Las
aminas son compuestos muy polares. Las aminas primarias y secundarias pueden
formar puentes de hidrógeno. Las aminas terciarias puras no pueden formar
puentes de hidrógeno, sin embargo pueden aceptar enlaces de hidrógeno con
moléculas que tengan enlaces O-H o N-H. Como el nitrógeno es menos
electronegativo que el oxígeno, el enlace N-H es menos OCNR polar que el enlace
O-H. Por lo tanto, las aminas forman puentes de hidrógeno más débiles que los
alcoholes de pesos moleculares semejantes.
Las
aminas primarias y secundarias tienen puntos de ebullición menores que los de
los alcoholes, pero mayores que los de los éteres de peso molecular semejante.
Las aminas terciarias, sin puentes de hidrógeno, tienen puntos de ebullición
más bajos que las aminas primarias y secundarias de pesos moleculares
semejantes.
Las
aminas se clasifican de acuerdo con el número de átomos de hidrógeno del
amoniaco que se sustituyen por grupos orgánicos. Las que tienen un solo grupo
se llaman aminas primarias, las que tienen dos se llaman aminas secundarias y
las que tienen tres, aminas terciarias.
Las
aminas sencillas se nombran enumerando los grupos que sustituyen a los átomos
de hidrógeno del amoniaco y terminando con amina. Si hay varios grupos o
radicales sustituyentes iguales se usan los prefijos di o tri. Cuando se trata
de grupos diferentes estos se nombran por orden alfabético (etil antes que
metil, o butil antes que propil, prescindiendo del tamaño) y terminando con la
terminación amina.
FUENTES:
Grupos funcionales:
·
Libro de química organica, por: Ralph
J.Fessenden y Joan S. Fessenden. University of Montana Pagina: 268
http://148.206.53.84/tesiuami/Libros/L40.pdf
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