Compuestos oxigenados (alcoholes, ácidos y ésteres)

Química 2º Bachillerato
Compuestos oxigenados
COMPUESTOS ORGÁNICOS OXIGENADOS
Introducción
Los compuestos oxigenados orgánicos son numerosos puesto que el átomo de oxígeno,
dada su estructura, permite una gran variedad de enlaces y posibilidades de combinación.
Según sean los grupos funcionales en los cuales está presente el oxígeno, los compuestos
oxigenados se clasifican en alcoholes (R-OH), fenoles (Ar-OH), aldehídos (R-CHO), cetonas
(R-CO-R'), ácidos carboxílicos (R-COOH), ésteres (R-COOR') y éteres (R-O-R').
Las propiedades de cada uno de estos grupos son totalmente diferentes y en este tema
pretendemos dar únicamente una introducción a algunos de ellos, destacando su
nomenclatura, características y reacciones más importantes.
1.- ALCOHOLES
Se denomina alcohol a toda sustancia que posea un grupo oxidrilo (OH) unido
directamente a un átomo de carbono. Pueden clasificarse en:
a. Alcoholes primarios: Se caracterizan porque el carbono unido al grupo -OH está en un
extremo de la cadena:
3
2
1
CH3 – CH2 – CH2 – OH
1- propanol
Se nombran igual que el hidrocarburo del que provienen pero con la terminación ol.
Si el alcohol no es la función principal, se nombran con el prefijo hidroxi con la
numeración correspondiente, por ejemplo:
O
3
2
1
CH2 – CH2 – C
ácido 3- hidroxipropanoico
OH
OH
b. Alcoholes secundarios: La función alcohol está en un carbono secundario:
3
2
1
CH3 – CH – CH3
2- propanol
OH
y, de la misma manera que antes, si la función alcohol no es la principal:
O
4
3
2
1
CH3 – CH – CH – C
CH3 OH
ácido 2- hidroxi -3- metilbutanoico
OH
(recuerda que hay que nombrar los sustituyentes por orden alfabético)
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c. Alcoholes ternarios: La función alcohol está en un carbono ternario.
1
CH3
2
CH3 – CH – OH
2- metil- 2- propanol
o
terbutanol
3
CH3
d. Alcoholes aromáticos: Los compuestos que llevan el grupo -OH sobre anillos bencénicos
monocíclicos y bicíclicos se llaman respectivamente fenoles y naftoles. Por ejemplo:
OH
OH
Fenol
(hidroxibenceno)
2- naftol
Propiedades físicas

Los alcoholes de menos átomos de carbonos son solubles en agua debido a la polaridad
del grupo oxidrilo:
- +
R–O–H
al ir aumentando el peso molecular, la solubilidad va disminuyendo, dado que el resto de la
cadena no es polar (por la escasa diferencia de electronegatividad que hay entre el C y el H y
la simetría de los enlaces).

El punto de ebullición va aumentando a medida que aumenta el número de átomos de
carbono de la cadena. Los alcoholes de menos átomos de carbono (metanol, etanol),
tienen puntos de ebullición anormalmente altos en relación a otros compuestos
orgánicos de peso molecular parecido, debido a los enlaces de hidrógeno:
+
-
+ -
+ -
H – O …… H – O …… H – O
R
R
R
enlaces de hidrógeno
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Obtención
a) Hidrólisis de halogenuros de alquilo. Es una reacción de doble sustitución o
intercambio.
R–X
+
K – OH
R – OH + K – X
siendo X = halógeno
Ejemplo:
CH3 – CH2 – Cl
+
CH3 – CH2OH + KCl
KOH
b) Hidratación de alquenos. Es una reacción de adición en la que se rompe el doble
enlace y sus carbonos se unen a un H y un OH siguiendo la regla de Marcovnikov: el
H se une al carbono que mayor número de H tiene:
CH3 – CH = CH2
+ H – OH
CH3 – CHOH – CH3
propeno
2- propanol
c) Fermentación de líquidos azucarados: Por ejemplo, el etanol o alcohol etílico (que es
el "alcohol" del lenguaje vulgar), constituyente embriagante de las bebidas
alcohólicas, se obtiene por la fermentación de azúcares por la acción de levaduras:
levadura
C6H12O6
glucosa
2 CH3 – CH2OH + 2 CO2
etanol
Reacciones químicas
En los alcoholes podemos distinguir dos tipos de enlaces:
-
+
R–O –H
el enlace R-O y el enlace O-H
Según cuál de los dos se rompa dará lugar a tipos diferentes de reacciones:
a.- Rotura del enlace O-H: Es el caso menos frecuente. Se produce en presencia de un metal
alcalino obteniéndose un compuesto iónico denominado alcóxido. Por ejemplo:
2 CH3 – OH + 2 Na
2 CH3 – ONa + H2
el CH3ONa se llama metóxido sódico.
b.- Rotura del enlace R-O: Hay varios tipos de ellas.
i. Sustitución: un átomo o grupo de átomos de la cadena es sustituido por otro
CH3 – CH2 – OH + HBr
CH3 – CH2 – Br + H2O
es una reacción muy empleada para la obtención de derivados halogenados.
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ii. Deshidratación. Es una reacción de eliminación en la que se pierde agua, entre dos
átomos contiguos de la cadena, originándose un doble enlace:
H OH
agente
R – C – C – R´
R – C = C – R´
+
H2 O
deshidratante
H
H
H H
los agentes deshidratantes más utilizados son el ácido sulfúrico (H2 SO4),
el bisulfato sódico (NaHSO4) y el ácido fosfórico (H3PO4). Por ejemplo:
H2SO4
CH3 – CH2 – CH2OH
CH3 – CH = CH2
n-propanol
+
H2 O
propeno
c.- Reacciones de oxidación con agentes inorgánicos como el ión permanganato o el ión
dicromato:
MnO4
,
Cr2O72- Con alcoholes primarios se obtiene el ácido correspondiente (pasando por el
aldehído como producto intermedio):
O
O
MnO4
MnO4
R – CH2OH
R– C
R–C
H
OH
alcohol 1º
aldehído
ácido
I.O. (C) = -1
I.O. (C) = +1
I.O. (C) = +3
- Si el alcohol es secundario se obtiene la cetona correspondiente:
OH
O
MnO4-
R – C – R´
R – C – R´
H
alcohol 2º
cetona
- Si el alcohol es ternario no se produce la reacción en condiciones normales:
OH
MnO4R–C–R
´
no reacciona
R´´
alcohol 3º
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2.- ÁCIDOS CARBOXÍLICOS
Estructura
Se caracterizan por tener un grupo llamado carboxilo (-COOH). Su estructura es:
Nomenclatura
Los ácidos de más bajo peso molecular poseen nombres característicos muy arraigados
que se utilizan con mucha frecuencia:
Fórmula
Nombre
HCOOH
CH3 - COOH
CH3 - CH2 - COOH
CH3 - CH2 - CH2 - COOH
Ac. metanoico (fórmico)
Ac. etanoico (acético)
Ac. propanoico (propiónico)
Ac. butanoico (butírico)
La IUPAC recomienda nombrarlos con la palabra ácido delante y la terminación oico.
La cadena principal no tiene porque ser la más larga sino aquella que contiene al grupo
carboxilo, y el carbono de este grupo es el numerado como "1" a la hora de nombrar los
posibles sustituyentes. Por ejemplo:
Los grupos carboxilo, es evidente que sólo pueden situarse en carbonos terminales, por lo
que si en una misma molécula hay dos grupos ácido, no es necesario especificar dónde se
encuentran:
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También los grupos carboxílicos pueden unirse a grupos
aromáticos. Uno de los más importantes es el llamado ácido
benzoico (C6H5COOH):
Propiedades físicas
- Los ácidos de pocos átomos de carbono son solubles en agua, debido a la polaridad del
enlace C – O , y poseen un olor desagradable.
-
O
– C
+
O–H
- +
- Los de más bajo peso molecular tienen puntos de ebullición elevados comparados con los
que poseen otras sustancias de peso molecular parecido debido a los enlaces de hidrógeno,
que hasta incluso hacen que las moléculas de ácido se puedan dimerizar:
- Son, por lo general, ácidos débiles, debido a la facilidad que tienen para desprender
protones:
y el anión presenta una estructura resonante en la que los dos enlaces C-O son iguales:
Dicha acidez disminuye a medida que aumenta su peso molecular. Observa los pKa que se
dan en la siguiente tabla:
Fórmula
Nombre
pKa
HCOOH
CH3 - COOH
CH3 - CH2 - COOH
CH3 - CH2 - CH2 - COOH
Ac. fórmico
Ac. acético
Ac. propanoico
Ac. butanoico
3'75
4'75
4'87
4'81
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Obtención
Por oxidación de alcoholes primarios y/o aldehídos. Los agentes oxidantes químicos
convierten a los alcoholes primarios en aldehídos y éstos últimos se oxidan fácilmente a
ácidos:
Reacciones químicas
a. Reacciones de neutralización:
b.- Reacciones de formación de ésteres: Es una reacción de condensación (adición +
eliminación). Se pueden catalogar también como reacciones de neutralización actuando el
alcohol como una base:
c. Reacciones de reducción: El tratamiento de un ácido con ciertos agentes reductores
(como los hidruros metálicos complejos), conduce al alcohol primario correspondiente:
I.O. (C) = +3
I.O. (C) = +1
I.O. (C) = -1
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d. Reacciones de deshidratación: Es una reacción de condensación (adición + eliminación)
Dos moléculas de ácido se unen perdiendo agua cuando se les somete a fuerte calefacción
dando lugar a lo que se denomina un anhídrido:
e. Formación de cloruros de ácido:
Algunos ácidos carboxílicos importantes
Ácido fórmico (HCOOH): Se encuentra en las hormigas y en las ortigas. El dolor de las
picaduras de abejas, avispas, medusas, pólipos etc. es debido a dicho ácido.
Ácido acético (CH3-COOH): Es muy importante industrialmente ya que se emplea para
obtener acetato de celulosa, que se utiliza para la producción de películas fotográficas y
cinematográficas ininflamables, vidrio inastillable, lacas y barnices. También es el
responsable de la acidez del vinagre.
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3.- ÉSTERES
Estructura
Los ésteres tienen la siguiente estructura:
Obtención y nomenclatura
Resultan de la unión de un ácido con un alcohol. Se trata de una reacción de condensación
(adición + eliminación) que se llama esterificación:
Se nombran citando primero la raíz del ácido cambiando su terminación por el sufijo ato y a
continuación el nombre del radical correspondiente al alcohol. Por ejemplo:
Los ésteres son compuestos muy difundidos en la naturaleza. Los que provienen de ácidos
con pocos átomos de carbono forman parte de las esencias de flores y frutas, y son los
responsables de su aroma.
Así, el acetato de isoamilo se encuentra en el plátano, el butirato de amilo en el albaricoque,
el acetato de etilo en la piña tropical etc.
Los ésteres de los ácidos alifáticos lineales de cadena larga constituyen los aceites, grasas y
ceras que tanto abundan en los reinos animal y vegetal.
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Reacciones químicas
La única reacción importante de los ésteres es su hidrólisis en medio básico, que lleva
consigo la ruptura de enlaces.
a.
Con agua para dar el ácido y el alcohol correspondiente:
éster
+
agua
ácido
+
alcohol
como se puede observar, es la reacción inversa a la formación de ésteres, ya que son
reacciones de equilibrio.
b. Con álcalis para dar la sal y el alcohol correspondiente:
Un ejemplo particular de este tipo de reacciones es la llamada saponificación de grasas.
Dicho proceso consiste en la reacción de hidrólisis de grasas (que son poliésteres) con álcalis
fuertes, para la producción de ácidos grasos y jabón (sal sódica). Por ejemplo:
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