10. ALDEHÍDOS
Y
CETONAS
Campus Puerto Ángel
Ingeniería en Acuicultura
Química Orgánica
COMPUESTOS ORGÁNICOS
Teorías de enlace químico
Representación
tridimensional de estructuras
Estereoquímica
Estudio de reacciones químicas orgánicas
Estudio de MO por grupos funcionales
• Aldehídos y cetonas
10.1 ¿QUIENES SON LOS ALDEHÍDOS Y CETONAS?
• Compuestos orgánicos de C,H y O con una estructura principal llamada carbonilo:
Grupo carbonilo
Aldehído
Cetona
R puede ser: • Hidrógeno o • Un grupo alquilo R y R :Ejemplos de aldehídos:
Benzaldehído (fenilmetanal)
componente primario del aceite de extracto de almendras amargas. Es un saborizante alimentario
Vainillina (3-metoxi-4-hidroxibenzaldehído).
Compuesto primario de la vaina de la vainilla
Formaldehído (metanal)
D-glucosa
Ejemplos de cetonas:
Benzofenona (difenilmetanona)
componente de protectores solares y perfumes, ya que bloquea rayos UV
Progesterona (pregn-4-ene-3,20-dione) Acetona (propanona)
D-fructosa
10.2 ESTRUCTURA DEL GRUPO CARBONILO
• La reactividad de este grupo se debe a las siguientes características estructurales:
TIPO DE ENLACES
El carbonilo tiene1 enlace s y 1 enlace p
COPLANARIDAD
(estructura plana)
•Los enlaces s del carbonilo forman ángulos de 120°
:
POLARIDAD
Es polar porque los e- de los enlaces s y p están más desplazados hacia el O, formándose un dipolo, y creándose una débil carga positiva sobre el C alfa, vecino al C del carbonilo.
Los hidrógenos unidos al C alfa son de carácter ácido, lo que permite que puedan ser arranccados por bases como el NaOH.
ELECTRONES NO COMPARTIDOS
• El O tiene 2 pares de e- no compartidos
• Estructuras resonantes, en donde el enlace p se polariza más facilmente que el s.
d
+
d
-
10.3 NOMENCLATURA IUPAC
Aldehídos
TIPO DE ALDEHÍDO PREFIJO SUFIJO
Alifático –al Unido a un anillo aromático -carbaldehído Sustituyente -formil
Cetonas
Aplicación de reglas IUPAC para alcanos ya vistas, salvo algunas particularidades:
Siempre ocupa # 1
Numerar por extremomás cercano al carbonilo
TIPO DE CETONA PREFIJO SUFIJO
Alifático -ona
CíclicaC del carbonilo ocupa # 1:
Ciclo- -ona Sustituyente -oxo
NOMBRES COMUNES
ALDEHÍDOS
1. Se derivan del nombre común del ácido carboxílico que forman por oxidación, cambiando la palabra ácido por la de aldehído o sustituyen la teminación ico por aldehído
Aldehído propiónico ó propionaldehído
2. Se emplean letras griegas para indicar la posición de sustituyentes. La primera letra a la recibe el átomo de C vecino al carbonilo.
Aldehído valérico ó valeraldehído
Br
a
b
g
b-bromobutiraldehídoNOMBRES COMUNES
CETONAS
Se forman mencionando los 2 grupos alquilo enlazados al grupo carbonilo.
La posición de los sustituyentes se indica por el alfabeto griego, comenzando con el C siguiente al carbonilo.
Algunas cetonas tienen nombres comunes históricos.
Metanal (formaldehído)
Etanal (acetaldehído)
10.4 PROPIEDADES FÍSICAS
• DENSIDAD
Generalmente menor a la del agua.
• PUNTOS DE EBULLICÓN
Los aldehídos y cetonas poseen PE mayores que los de hidrocarburos del mismo peso molecular pero menores PE que los alcoholes correspondientes:
SOLUBILIDAD
Aldehídos y cetonas polares Agua polar Solubles en aguaLos aldehídos y cetonas de bajo peso molecular son solubles en agua por los puentes de hidrógeno que forman.
También son solubles en disolventes polares
:
:
- - -
La solubilidad en agua disminuye al aumentar el # de átomos de carbono:
Hasta 4 átomos de C : solubles en agua
10.6 ALDEHÍDOS Y CETONAS DE IMPORTANCIA BIOLÓGICA:
CARBOHDRATOS
Son biomoléculas de C, H y O en una relación 1:2:1, con las siguientes características
estructurales:
Átomos de C unidos a grupos -OH
Estructuras de polihidroxialdehído Estructuras de polihidroxicetonas
¿Dónde estan los carbohidratos?
En vegetales y animales
¿Cuáles son las funciones de los carbohidratos?
• Fuentes de energía y Carbono
En el hombre:
Principales nutrimentos
(50 – 80% de la dieta)
En peces:
http://knol.google.com/k/carbohidratos#
• Monosacáridos ( 1 estructura)
• Polisacáridos (+ de 10 monosacáridos)
• Oligosacáridos ( 2-10 monosacáridos)
Carbohidratos
Nomenclatura de los carbohidratos
Carbohidrato -SUFIJOS
Nomenclatura trivial Nomenclatura por estructura química Aldehído Cetona Monosacárido ----osa Glucosa Fructosa --osa Dextrosa --ulosa Levulosa Oligosacárido ----osa Polisacárido ----ana
Glucana (moléculas de glucosa)
Sufijo característico de la nomenclatura de CHO´s:
Clases y subclases de monosacáridos
Clases
Subclases (según numero de C: 3 a 9)
Aldosas
Cetosas
http://www.biochem.arizona.edu/classes/bioc462/462a/NOTES/CARBO/carb_structure.htm
Ejemplos de disacáridos presentes en alimentos
Caña de azúcar
Se encuentra en granos de cebada germinada
Al hidrolizarse se obtienen sus monosacáridos correspondientes:
Ejemplos de polisacáridos presentes en alimentos
Álmidón
10.5 REACTIVIDAAD DEL GRUPO CARBONILO
La reacción típica de aldehídos y cetonas es la ADICIÓN NUCLEOFILICA , que implica la
adición de un nucleófilo y un protón en el doble enlace del carbonilo:
a) El Nu- ataca al C+ b) El Nu- es parte de la estructura del carbonilo
sp3 sp2
Esto es debido a:
• Magnitud de la carga positiva sobre el C del carbonilo • Impedimento estérico
10.7
REACCIONES
IMPORTANTES DE
a) ¿Cuál es la importancia de esta reacción?
10.7.1 OXIDACIÓN DE ALDEHÍDOS
Los aldehídos son productos intermediarios de la oxidación de alcoholes primarios.
Oxidante: H
2CrO
4(solución cambia de anaranjado a verde o azul)
Oxidantes: • Reactivo de Jones • Reactivo de Colins • Clorocromato de piridinio (PCC)
carboxílico
REACTIVO DESCRIPCIÓN EJEMPLO Etanol Etanal
Reactivo de Jones
Solución diluida de ácido Crómico en acetona.
CH3 – CH2 – OH CH3 - COH
Reactivo de Collins
Es un complejo de trióxido de cromo (CrO3) con 2 moléculas de piridina :
Trióxido de cromo●2 piridina
CH3 – CH2 – OH CH3 - COH
Clorocromato de piridinio (PCC)
Versión más soluble del reactivo de Collins en donde se ha acomplejado al CrO3 con 1 molécula de piridina y 1 molécula de HCl (CrO3 + HCl 6N) + 10 g 18.4 mL 7.7 mL de Piridina PCC CH3 – CH2 – OH CH3 - COH CrO3 + H2SO4 concentrado Reactivo de Jones
67 g 58 mL Baño hielo CrO3, H2SO4 en acetona CrO3 ● 2 piridina en CH2Cl2
Reactivos que pueden emplearse para oxidar alcoholes 1° a Aldehídos
REACTIVO DESCRIPCIÓN
Reactivo de Tollens
El AgO2 es un oxidante suave. En la reacción de Tollens se agrega un complejo de Ag-NH3 al compuesto desconocido. El aldehído reduce el ión Ag metálico en forma de una suspensión negra o de un espejo depositado en el interior del recipiente.
R-COH + 2Ag(NH
3)
2++ 3OH
- 2Ag
+ R-COO
-+ 4NH
3
+ 2H
2O
Aldehído Tollens Espejo Carboxilato
Cetonas y alcoholes: no reaccionan en esta prueba, y dejan una solución clara e incolora.
Existen otros reactivos muy comunes en el laboratorio para oxidar los aldehídos:
http://kampchemistry.blogspot.mx/2011_02_01_archive.html
Agua Cetona
REACTIVO DESCRIPCIÓN
Reactivo de Fehling
• Se fundamenta en el poder reductor del grupo carbonilo de los aldehídos.
• Es una sal de cobre en solución alcalina de color azul, que al reacciónar con los aldehídos forma un precipitado de color rojo ladrillo de óxido cuproso.
R-COH + 2Cu
2++ 2OH
- R-COOH + Cu
2O
Aldehído Ác.carboxílico Precipitado rojo ladrillo
Cetonas: No reaccionan con facilidad
http://blog.uchceu.es/eponimos-cientificos/reactivo-de-fehling/ http://kampchemistry.blogspot.mx/2011_02_01_archive.html
Los reactivos de Fehling (A y B) también se emplean en la técnica de cuantificación de almidón en alimentos, que consiste en hidrolizar el almidón a monosacáridos con capacidad reductora para hacerlos reaccionar ara aprovechando la propiedad reductora de ciertos monosacáridos:
A nivel metabólico se forma acetaldehído como primer producto de
la oxidación del etanol
En el proceso de la visión, también se forman aldehídos a partir de la vitamina A, que es un alcohol
http://www.geocities.com/aedici/quimica_vision.htm
Alcohol
Aldehído
imina
http://bibliotecadigital.ilce.edu.mx/sites/ciencia/volumen1/ciencia2/51/htm/sec_6.html
10.7.2 FORMACIÓN DE ACETALES y CETALES
Los aldehídos y cetonas reaccionan con los alcoholes en un medio ácido para formar acetales y cetales
ALDEHÍDO Alcohol Hemiacetal
+
ACETAL
+ H
2O
Por tanto, se agregan 2 moléculas de alcohol y se elimina una molécula de agua
H+
+
+ H
2O
CETONA Alcohol Hemicetal CETAL
H+
H+ H+ 1
2
Ejercicios. Predecir los productos de la reacción catalizada en medio ácido de aldehídos y cetonas con alcoholes. Fórmula general:
ll
O
+ 2CH
3OH
H
+CH
3O
OCH
3HEMIACETALES Y HEMICETALES CICLICOS DE CARBOHIDRATOS
Monosacáridos de 5 y 6 Carbonos tienen la capacidad de autociclarse para formar hemiacetales intramoleculares
¿Cómo ocurre la ciclación?
El –C=O interacciona con grupos –OH de la misma molécula, produciendo enlaces hemiacetales intramoleculares que originan azúcares cíclicos y que en agua se encuentran en equilibrio con la cadena abierta.
Enlaces hemiacetal de la glucosa (Fuente: Badui, 1999).
Por lo anterior, algunos monosacáridos pueden presentar 2 estructuras: cadena abierta y cíclica.