Química Orgánica

General

Dra. Maribel Plascencia JatomeaDepartamento de Investigación y Posgrado en Alimentos, DIPA

Laboratorio de Microbiología y Micotoxinas

3er piso, Edificio 5P “Dr. Manuel Sánchez Lucero”E-mail: mplascencia@guayacan.uson.mx

Capítulo 4:

Nomenclatura y estructura de

derivados oxigenados y nitrogenados.

Derivados oxigenados.

Grupo carbonilo.

Derivados nitrogenados.

Derivados oxigenados (DO)

de los hidrocarburos

Compuestos orgánicos cuyas moléculas existen

grupos funcionales que contienen átomos de oxígeno.

Compuestos oxigenados más importantes:

Alcoholes

Éteres y fenoles.

Aldehídos.

Cetonas.

Ácidos carboxílicos.

Ésteres.

Compuestos oxigenados

naturales

Lípidos: grasas y ceras, terpenos, esteroides.

Carbohidratos: triosas, aldotetrosas,

aldopentosas, aldohexosas, cetosas.

Carbohidratos diméricos y poliméricos.

Derivados nitrogenados (DN)

de los hidrocarburos

El nitrógeno tiene la capacidad de formar enlaces

sencillos, dobles y triples con los átomos de carbono,

lo que determina que sean varios los grupos

funcionales nitrogenados posibles.

Derivados nitrogenados más importantes:

Amidas.

Nitrilos.

Aminas.

Nitrocompuestos.

Compuestos nitrogenados de

origen natural

Aminoácidos.

Polipéptidos.

Alcaloides.

Ácidos nucleicos (DNA, RNA).

Aminocarbohidratos.

DO: AlcoholesDerivados de los hidrocarburos en los que se ha sustituido uno o más

átomos de hidrógeno por el grupo hidroxilo (OH). Para nombrarlos se

sustituye la terminación -o del hidrocarburo del que proceden por –ol.

Pueden representarse en forma estructural de dos maneras:

1. Como derivados alquilo del agua.

2. Como hidroxi derivados de los alcanos.

C O H

This is the functional group of an alcohol

O

H2CH3C

H

O

H

H

109o

105o

Ethyl group

Hydroxyl group

CH3CH3

Ethane Ethyl alcohol Water

(ethanol)

Etano

Alcohol etílico

(etanol)

Agua

Grupo hidróxido

Grupo etilo

Al numerar la cadena principal se comienza por un extremo, de forma

que al grupo OH le corresponda el número más bajo posible:

Si en la molécula hay más de un grupo OH (polialcoholes), se utiliza la

terminación -diol, -triol, etc., indicando con números la posición de los

grupos OH.

Cuando la función alcohol no es prioritaria, se nombra con el prefijo

hidroxi- indicando delante su posición en la cadena.

Dependiendo del carbono al cual se encuentre

unido el grupo OH, los alcoholes se clasifican en

tres grupos: 1°, 2° y 3°.

C

H

H

C OH

H

H

Ethyl alcohol

1o

Carbon

H

(a 1o

alcohol)

Geraniol

OH

(a 1o

alcohol with the odor of roses) (a 1o

alcohol)

Benzyl alcohol

CH2OH

Geraniol

(un alcohol 1° con aroma a rosas)

C

H

H

C C

H

H

H

O

H

H

Isopropyl alcohol

2o

Carbon

(a 2o

alcohol)

H

Menthol(a 2

o alcohol found in pepermint oil)

OH

OH¡Ý

Mentol

(un alcohol 2° encontrado en la

esencia de menta)

H3C C

CH3

CH3

O

3o

Carbon

H

tert-Butyl alcohol

(a 3o

alcohol)

O

H

H

H

H

CH3OH

Norethindrone

(an oral contraceptive that contains a 3o

alcohol group, as well as a ketone group

and carbon-carbon double and triple bonds)

Noretisterona

(anticonceptivo oral que contiene un

grupo de alcohol 3° lo mismo que una

cetona y enlaces dobles y triples C-C.

DO: Éteres

Compuestos formados por dos radicales alifáticos o aromáticos

unidos por un puente de oxígeno.

C O C

The functional of an ether

H2C

O

CH2

O

Ethylene oxide Tetrahydrofuran (THF)

Two cyclic ethers

O

R

R

O

H3C

H3C

110o

General formula for an etherDimethyl ether

O

R'

R

or

(a typical ether)

C O C

The functional of an ether

H2C

O

CH2

O

Ethylene oxide Tetrahydrofuran (THF)

Two cyclic ethersDos éteres cíclicos

Óxido de etileno Tetrahidrofurano (THF)

Dimetil éter (un éter clásico)

Se nombran anteponiendo a la palabra éter la denominación de los dos radicales ordenados alfabéticamente. Si los radicales son idénticos, se utiliza el prefijo di-.

O

R

R

O

H3C

H3C

110o

General formula for an etherDimethyl ether

O

R'

R

or

(a typical ether)

DO: Fenoles

Derivados del benceno en el que se han sustituido uno o

más átomos del anillo por grupos OH. Se nombran como los

alcoholes o como los derivados del benceno, utilizando el

prefijo hidroxi-.

DO: Aldehídos

Compuestos que poseen el grupo funcional CHO. Tanto aldehídos como cetonas contienen el grupo carbonilo:

Un átomo de carbono está unido a un átomo de oxígeno por medio de un doble enlace, y a un átomo de hidrógeno.

C O The carbonyl group

R HC

O

R may also be H

H HC

O

Formaldehyde

H3C HC

O

Acetaldehyde

C6H5 HC

O

Benzaldehyde

HC

O

trans-Cinnamaldehyde

C6H5

(present in cinnamon)Formaldehído Acetaldehído Benzaldehído trans-Cinamaldehído

(presente en la canela)

Se nombran sustituyendo la terminación -o del hidrocarburo del que proceden por el sufijo -al.

Se empieza a numerar la cadena principal por el extremo donde se encuentra el grupo aldehído. Si en el compuesto hay otros grupos funcionales con prioridad sobre el aldehído, a éste se le considera un sustituyente y se le nombra con el prefijo formil-.

DO: Cetonas

Las cetonas contienen el grupo funcional CO. Este grupo está

unido a dos radicales que pueden ser iguales o diferentes.

R RC

O

R R'C

O

or

R1 R

2C

O

or

H3C CH3

C

O

Acetone

H3CH2C CH3

C

O

Ethyl methyl ketone

O

Carvone(from spearmint)Acetona Etil metil cetona

Carvona

(de la hierbabuena)

Se nombran sustituyendo la terminación -o del hidrocarburo correspondiente por el sufijo -ona.

La posición del grupo carbonilo se indica, si es necesario, anteponiendo al nombre un número que indique su posición en la cadena. La numeración de la cadena principal se hace de forma que al átomo de carbono cetónico le corresponda el número más bajo:

Cuando la función cetona no es prioritaria, se emplea el prefijo oxo- para designar al grupo carbonilo.

DO: Ácidos carboxílicos

Los ácidos carboxílicos son compuestos que tienen en su molécula

el grupo carboxilo COOH. En forma coloquial, los ácidos carboxílicos

reciben el nombre de “ácidos orgánicos”. Ejemplos:

orR C

O

O

H

RCO2H or RCOOH

orC

O

O

H

C6H5CO2H or C6H5COOHBenzoic acid

Ácido benzoicoEs un conservador que se utiliza tanto como ácido,

como en sus sales de sodio, de potasio o de calcio.

Éstos sólo se pueden utilizar para conservar alimentos

con un pH ácido y protege contra mohos y

fermentaciones no deseadas.

orH C

O

O

H

HCO2H or HCOOHFormic acid

Ácido fórmico

El ácido fórmico es un líquido

irritante que producen las hormigas.

La punzada del piquete de hormiga

es, en parte, producto del ácido

fórmico que inyectan bajo la piel.

orH3C C

O

O

H

CH3CO2H or CH3COOHAcetic acid

Ácido acético

El ácido acético se produce

cuando ciertas bacterias actúan

sobre el alcohol etílico del vino y

hacen que el aire lo oxide.

Es la sustancia a la que se debe

el sabor agrio del vinagre.

Se nombran como el hidrocarburo correspondiente del mismo

número de átomos de carbono sustituyendo la terminación -o

por el sufijo -oico y añadiendo el término ácido. Algunos de

estos compuestos tienen nombres específicos.

Cuando se trata de ácidos derivados de hidrocarburos cíclicos

o aromáticos se utiliza la terminación -carboxílico.

DO: Ésteres

Los ésteres son compuestos que se forman por sustitución del

grupo OH de un ácido carboxílico por un grupo OR.

orR C

O

O

R'

RCO2R' or RCOOR'

orH3C C

O

O

R'

CH3CO2CH2CH3 or CH3COOCH2CH3

Éter específico llamado acetato de etilo

H3C C

O

O

H

+ HOCH2CH3 H3C C

O

O

CH2CH3

+ H2O

Acetic acid Ethyl alcohol Ethyl acetate

Se nombran cambiando la terminación -oico del ácido del cual proceden por -oato seguido del nombre del radical.

propanoato de fenilo

(que deriva del ácido propanoico)

Cuando el grupo éster no es el grupo funcional principal, se le considera un sustituyente y se nombra con el sufijo -alcoxicarbonil.

Los ésteres pueden ser hidrolizados en medio básico para formar

jabones:

Aplicaciones de los ésteres

acetato de celulosa ácido acetilsalicílico

Trinitroglicerina (explosivo)

PET, poli(etilen-tereftalato). Se produce por

la polimerización del ác. tereftálico con

etilenglicol. Se usa en garrafones y películas

plásticas, envases para alimentos.

DN: Amidas Las amidas proceden de sustituir el grupo –OH de un ácido por

el grupo amino –NH2 (–NHR o –NRR en el caso de amidas

sustituidas).

RCONH2, RCONHR’, o RCONR’R”

H3C C

NH2

O

Acetamide

H3C C

NHCH3

O

N-Methylacetamide

H3C C

NHCH3

O

N,N-DimethylacetamideCH3

N- y N,N- indican que los sustituyentes están unidos al átomo de nitrógeno

Acetamida N-Metilacetamida N,N-Dimetilacetamida

Amidas sustituidas

Se nombran sustituyendo la terminación -oico o -ico del ácido

correspondiente por -amida; o de modo equivalente sustituyendo la

terminación -o del hidrocarburo del que procede el correspondiente

ácido por el sufijo -amida. Si se trata de amidas sustituidas, hay que

nombrar además los radicales unidos al nitrógeno, anteponiendo la

letra N.

Acetamida N-Metilacetamida N,N-Dimetilacetamida

Amidas sustituidas

Una amida importante es la urea, que se encuentra en la

orina de los mamíferos. Se prepara industrialmente a partir

de amoníaco y dióxido de carbono a una presión de entre

200 y 400 atm y una temperatura de 200 ºC. Se utiliza como

fertilizante y para fabricar plásticos y adhesivos:

DN: Nitrilos

Se caracterizan por tener el grupo funcional -ciano, -CN. A veces

también se les denomina cianuros de alquilo.

Son moléculas reactivas de amplia aplicación en síntesis orgánica.

Por ejemplo, la hidrólisis de nitrilos en presencia de un ácido fuerte

o una base fuerte da lugar a ácidos carboxílicos. Por otra parte, la

hidrogenación catalítica de nitrilos permite la preparación de

aminas primarias.

Etanonitrilo (acetonitrilo)

Se nombran añadiendo la terminación -nitrilo al nombre del

hidrocarburo de igual numero de átomos de carbono.

H3C C N

Ethanenitrile(acetonitrile)

12

H3CH2CH2C C N

Butanenitrile(butyronitrile)

1234

CH C N

Propenenitrile(acrylonitrile)

123

H2C HCH2CH2C C NH2C

4-Pentenenitrile

12345

Propenonitrilo

(acrilonitrilo)

4-Pentenonitrilo4-Pentenonitrilo

Butanonitrilo

(butironitrilo)

Etanonitrilo

(acetonitrilo)

Al grupo -C≡N como sustituyente se le designa mediante el

prefijo ciano-.

Los nitrilos cíclicos se nombran añadiendo el sufijo

carbonitrilo al nombre del anillo al cual está unido el

grupo -CN.

C N

Benzenecarbonitrile (benzonitrile)

C N

CyclohexanecarbonitrileBencenocarbonitrilo (benzonitrilo) Ciclohexanocarbonitrilo

DN: Nitrocompuestos

Los nitroderivados son compuestos cuyas moléculas poseen el grupo funcional nitro (–NO2).

Los derivados aromáticos que poseen varios grupos nitro en la molécula se caracterizan por ser bastante inestables termodinámicamente, por lo que se utilizan como explosivos.

2,4,6-trinitrotolueno

(T.N.T.)

Este grupo funcional siempre se considera un sustituyente del

hidrogeno, por lo que se nombran anteponiendo el prefijo nitro- al

nombre del hidrocarburo, indicando con un número su posición en

la cadena carbonada.

2-nitrobutano

DN: Aminas Son derivadas del amoníaco NH3, mediante sustitución de átomos de

hidrógeno por radicales orgánicos. La sustitución de uno, dos o los tres hidrógenos da lugar a aminas primarias, secundarias o terciarias.

NR

H

H

A primary (1o) amine

NR

R'

H

A secondary (2o) amine

NR

R'

R"

A tertiary (3o) amine

NH

H

H NR

H

H

Ammonia An amine Amphetamine

C6H5CH2CHCH 3 H2NCH2CH2CH2CH2NH2

NH2

Putrescine(a dangerous stimulant) (found in decaying meat)

Ejemplos:

Amoniaco Una amina Anfetamina

(estimulante peligroso)

Putrescina (se encuentra en

carnes en descomposición)

Metilamina CH3–NH2

Es la más sencilla de las aminas alifáticas. Tiene un olor semejante al

amoníaco y se encuentra en el pescado y algunos vegetales.

Es la amina aromática más sencilla. Es el producto de partida para la

preparación de colorantes.

Fenilamina (anilina)–NH2

Las aminas se nombran indicando el radical, o radicales, por

orden alfabético, y el sufijo -amina.

En las aminas secundarias y terciarias, si un radical se repite se

utilizan los prefijos "di-" o "tri-", aunque, frecuentemente, y para

evitar confusiones, se escoge el radical mayor y los demás se

nombran anteponiendo una N para indicar que están unidos al

átomo de nitrógeno.

N-etil-N-metil-propilamina

Cuando las aminas primarias no forman parte de la

cadena principal se nombran como substituyentes de la

cadena carbonada con su correspondiente número

localizador y el prefijo "amino-".

ácido-2-aminopropanoico

Principales tipos de reacciones químicas de los

hidrocarburos con algunos de sus derivados