Propiedades Físicas de Aldehídos PDF

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unidad de aldehídos y cetonas unidad 3 ...

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U M S N H Facultad de Ingeniería Química

Aldehídos y Cetonas (Alifáticos, Aromáticos) Química Orgánica 2

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Introducción El siguiente trabajo se realizó con el fin de presentar las bases del estudio de los compuestos orgánicos ‘Aldehídos y Cetonas’ sus estructuras, sus propiedades físicas y químicas, sus métodos de obtención, principales reacciones y mecanismos, su importancia en la naturaleza y sus aplicaciones en la industria, se presenta de una manera resumida, de fácil compresión abarcado lo más importante de cada tema.

Índice 2 ----- Introducción 3 ----- Propiedades Físicas de Aldehídos 4 ----- Métodos de Preparación 5 ----- Reacciones de Adición 6 ----- Reacciones de Condensación 7 ----- Mecanismos de Enolizacion 8 ----- Tautomería Ceto-Enol 9 ----- Condensación Aldólica Simple y Cruzada 10 ---- Reacciones de Reducción 11---- Reacciones de Oxidación 12---- Acides de los hidrógenos 𝛼 , anión enolato 13--- Compuestos Carbonílicos αβ insaturados 14--- Compuestos Policarbonilicos 15--- Ejercicios 16--- Bibliografía 2

Propiedades Físicas de Aldehídos: Aldehído (‘alcohol deshidrogenado’) Los aldehídos son compuestos orgánicos que se forman al oxidar determinados alcoholes. (Que ha perdido átomos de hidrogeno) Se ha comprobado que los aldehídos tienen un mal olor, mientras que las cetonas tienen olores dulces, los puntos de Fusión y Ebullición son mayores que los hidrocarburos de igual peso molecular, e igual que aldehídos y cetonas de similar peso molecular y menores que los alcoholes debido a que no forman puentes de hidrogeno , son pocos solubles en agua.

Los aldehídos se nombran tomando como grupo funcional al COH Las cetonas se nombran tomando como grupo funcional al C=O

Resumen: Los aldehídos y las cetonas son de los compuestos que más se encuentran en estado natural, muchas de estas son sustancias que requieren los organismos vivos, en la industria química se producen en grandes cantidades para en emplearse en la fabricación de, pinturas, tinturas, solventes y plásticos, los cuales actúan como reductores.

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Métodos de Preparación: Algunos de los mejores métodos de síntesis de aldehídos son por la oxidación de alcoholes primarios, pero también podemos encontrar muchos en la naturaleza.

Resumen: Es importante mencionar que algunos aldehídos pueden formarse por procesos naturales, un ejemplo es la metabolización de las bebidas alcohólicas en el cuerpo, se dice que la resaca se produce por la formación del acetaldehído como afirman algunos estudios. Algunos de los procesos por el cual se preparan más aldehídos son la carbonilación, la des hidrogenación y oxidación de alcoholes. 4

Reacciones de Adición:

Las reacciones más comunes de los aldehídos y cetonas los las de adición nucleofílica, representadas por una ecuación general.

Reaccionan con agua para formar dioles también llamados hidratos.

Resumen: Las adición de agua al grupo carbonilo, donde el hidrogeno queda unido al oxigeno carbonílico lo cual le produce estabilidad a la molécula, la cual se representa en siguiente ejemplo .

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Reacciones de Condensación: Las reacciones de condensación o también conocidas como aldólicas, las cuales son propias de los aldehídos y de algunas cetonas con hidrógenos α, estas se condensan en medios ácidos formando aldoles.

El compuesto formado se deshidrata en medio básico y calor para formar a,b-insaturado [3].

Otro ejemplo

La condensación no puede llevarse a cabo en aldehídos y cetonas diferentes por que podrían resultar mezclas de productos distintos.

Resumen: La condensación de aldehídos y cetonas es un tipo de reacción mediante la cual 2 moléculas de un aldehído o una cetona condensan entre si formando un tipo de compuestos llamados aldoles, las cuales se llevan a cabo en medio básico comúnmente en (NaOH). 6

Mecanismos de Enolizacion:

La enolizacion es el proceso por el cual un aldehído o una cetona se transforman en un enol correspondiente, las cuales son catalizadas por un ácido o base formando un compuesto hidroxilo unido a un carbono.

Mecanismo de enolizacion en medio Ácido

y

Básico

Resumen: Estas reacciones se utilizan mucho industrialmente , debido a la reactividad de los compuestos carbonilo insaturados , los cuales se utilizan como materias primas en las fabricación de fragancias , fármacos , lubricantes , desecantes , detergentes y solventes.

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Tautomería Ceto-Enol: Los tautomeros son isómeros que difieren en la posición de un hidrogeno, la tautomería cetonolica consiste en que en hidrogeno en posición alfa, pasa a unirse con el oxígeno, formando un grupo hidroxilo que da lugar a un enol.

Se puede llevar a cabo mediante catálisis acida y básica.

Resumen: La tautomería generalmente habla sobre el equilibrio Ceto=Enol la cual explica los reajustes rápidos y reversibles que sufre la molécula o la migración de protones, se les puede considerar como reacciones acido-base, en donde una parte de la estructura es un ácido (cede protones) y la otra seria básica (acepta protones).

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Condensación Aldólica Simple y Cruzada: La condensación aldólica simple fue explicada anteriormente en la página (6), la condensación cruzada o mixta describe la reacción de dos carbonilos diferentes, se dice que solo tiene utilidad en 2 casos.

1 solo uno de los carbonilos puede formar enolatos. 2 uno de los carbonilos es más reactivo que el otro.

En otros de los casos las condensaciones mixtas generan hasta 4 productos.

Resumen: Para que estas reacciones se lleven a cabo de debe utilizar un carbonilo muy electrófilo sin hidrógenos y una cetona fácilmente enolizable con hidrógenos en α, podemos encontrar muchas de estas estructuras en moléculas de origen natural y fármacos . 9

Reacciones de Reducción: O Las reacciones de reducción de aldehídos y cetonas se llevan a cabo empleando hidruros como el NaBH4 y el LiAlH4, los aldehídos se reducen a alcoholes primarios y las cetonas a alcoholes secundarios.

C

R

H

NaBH4 LiAlH4

R

CH2OH

R´

NaBH4 LiAlH4

R

CH

O C

R

R´

OH Los aldehídos y las cetonas se pueden reducir a alcanos mediante las siguientes reacciones.

Reducción de Clemmensen.

O H3C

O R

C

R´

Zn(Hg) HCl

CH2 C

H

Zn(Hg) HCl

H3C

CH2 CH3

CH3

Zn(Hg) HCl

H3C

CH2 CH2 CH3

O

CH2

R

R´

H3C

CH2 C

Reducción de Wolf-Kischner. O H3C

O R

C

R´

1) H2N NH2 2) KOH

CH C

H

1) H2N

NH2

2) KOH CH3

R

CH2

H3C

CH CH3 CH3

R´ O C CH2

CH3

CH2 1) H2N

NH2

CH2

CH3

2) KOH

Resumen: La diferencia entre los hidruros es que el NABH4 solo reduce a aldehídos y cetonas, y el LiAlH4 es más enérgico y puede reducir esteres y cloruros de acilo, y la única diferencia en las reducciones de clemmensen y Wolf es que una se lleva a cabo en medio ácido y la otra en medio básico.

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Reacciones de Oxidación: Los aldehídos se oxidan fácilmente y se convierten en acido carboxílico, en cambio las cetonas son difícil de oxidar, estas reacciones se llevan a cabo con agentes oxidantes como, el permanganato de potasio, dicromato de potasio etc.

O R

C

O H2CrO4 ó KMnO4 NaCr2O7

H

R

C

OH

Una de las reacciones mas conocidas para oxidar aldehídos es la de trollens , donde se utiliza como agente oxidante al Ag(NH3)+2 ,la cual nos permite determinar la presencia de un aldehído en la muestra.

O R

C

O H

+

2 Ag(NH3)2

+

3 OH

H2O

R

C

O

+

2 Ag

+

Resumen: La oxidación de aldehídos es muy sencilla y se puede llevar a cabo con reactivos oxidantes suaves, en cambio la oxidación de cetonas es más lenta y requiere usar oxidantes fuertes, para poder llevarse a cabo, las reacciones de oxidación se utilizan mucho para la obtención de materia prima para la fabricación de muchos productos orgánicos básicos, como productos químicos, fármacos y plásticos. 11

4 NH3 + 2 H2O

Acides de los hidrógenos 𝛼 , anión enolato:

Algunos de los hidrógenos que se encuentran en los aldehídos y las cetonas se les conoce como hidrógenos ácidos , estos se encuentran en la posición vecina al grupo carbonilo , a la cual se le conoce como posición alfa , estos hidrógenos presentan un pka de entre 18 y 21.

Los aniones enolatos se forman cuando se sustraen los hidrógenos ácidos, para esto se utilizan bases fuertes, los enolatos son estabilizados por resonancia.

Al hidrolizar el anión enolató podríamos se obtiene un equilibrio ce to-eno, también llamado tautomería ceto-enolica, la cual se explicó anteriormente.

Resumen: Un enol es un alqueno que posee un grupo hidroxilo unido a un átomo de carbono con doble enlace, cuando un aldehído pierde su hidrogeno alfa se forma el anión enolato. 12

Compuestos Carbonílicos αβ insaturados Los carbonilos insaturados son compuestos orgánicos que tienen enlaces dobles entre las posiciones alfa y beta, un ejemplo muy claro es la acroleína o propenal, el enlace doble que presenta la molécula le concede una reactividad diferente a los demás.

Se conocen principalmente 4 métodos para preparar este tipo de compuestos:

Condensación adolica:

Halogenacion del carbono:

Oxidación de alcoholes:

Reacción de Witting:

Resumen: Estas reacciones se llevan a cabo por que el producto es un enolato, el cual se considera tiene una mayor estabilidad y una mejor energía de activación que los aniones alquilos.

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Compuestos Policarbonilicos En la naturaleza existen muchos compuestos con varios grupos carboxilo, estas sustancias son importantes por las especies que en ellos figuran, más que por sus propiedades, entre ellos están los ácidos dicarboxílico, tricarboxilicos y superiores.

El ejemplo más común es el ácido cítrico. COOH-CH2-COH(COOH)-CH2-COOH

La síntesis de estos casi siempre es por métodos especiales, la oxidación de dialdehídos siempre da como productos dicarboxílico, al igual que las reacciones de degradación.

Un ejemplo de una obtención es la oxidación de una cetona cíclica u otros compuestos cíclicos.

Algunas de sus propiedades son:

--Cristalizan bien. --No son destilables. --Se disuelven bien en agua y alcohol. -Difícilmente de disolver en solventes orgánicos.

Resumen: Son compuestos orgánicos que tienen en sus estructuras más de un radical carboxilo, son compuestos sólidos, blancos o transparentes solubles en agua, se encuentran en la naturaleza en muchos jugos de frutas y se obtienen en laboratorio por oxidación de poliglicoles, se utilizan mucho en la industria alimenticia. 14

Ejercicios (1)

(2)

(3)

(4)

(5)

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Bibliografía Química Orgánica – John McMurry – 8va Edición

Química Orgánica - Paula Yurkanis Bruice - 5ta Edición

Química Orgánica - Carey 9a Edición

Química orgánica - Meislich - 3a edición

Química Orgánica -Morrison, boyd- 5ta Edición

QUÍMICA ORGÁNICA. Volumen 1. Séptima edición. L.G. Wade,

TRATADO DE QUIMICA ORGANICA Tomo 1 (Parte 1 y 2) QUÍMICA ORGÁNICA SISTEMATICA F.KLAGES https://www.uam.es/departamentos/ciencias/qorg/docencia_red/qo/l15/aldol.html

http://depa.fquim.unam.mx/amyd/archivero/CARBANIONES_28444.pdf

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