Análisis de Grupos Funcionales

Análisis de grupos funcionales
Academia de Química, Depto. Ciencia Básicas
ITESM, campus qro.
25/06/2012
1
Análisis de grupos funcionales
25/06/2012
La gasolina es
una mezcla
de
hidrocarburos
C5 – C12
También se les llama parafinas
(compuestos de baja
afinidad) debido a su baja
reactividad frente a muchos
reactivos

No polares, insolubles en agua.

Sus puntos de ebullición y fusión aumentan
a medida que incrementa el peso molecular.

A temperatura ambiente, los alcanos no
ramificados hasta el C4H10, son gases,
hasta el C17H36 son líquidos y en adelante
sólidos blandos.

Los puntos de fusión de los cicloalcanos
están influídos por empaquetamiento de los
cristales, así que no varía en forma uniforme
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Análisis de grupos funcionales
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Los ramificados siempre son de menor punto de ebullición y de fusión que
sus isómeros lineales. La presencia de ramificaciones, disminuye las
interacciones de London. A mayor ramificación, menor punto de
ebullición.
Isómero
Fórmula
semidesarrollada
Fórmula
desarrollada
Modelo
space-filling
Densidad
g/mL
Punto ebullición
(°C)
n-butano
2-metilpropano
(isobutano)
n-pentano
2-metilbutano
(isobutano)
2,2dimetilpropano
(neopentano)
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Análisis de grupos funcionales
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Ampliamente
distribuidos en la
naturaleza y en
numerosos
productos de la
modernidad

Los átomos de Carbono en un doble enlace
presentan tres orbitales hibridos sp2, los
cuales son equivalentes, se encuentran en
el mismo plano y guardan entre sí 120°.

Se parecen a los alcanos en la mayoría de
sus propiedades físicas, ya que tienen las
mismas fuerzas intermoleculares, sin
embargo, hay algunos con un pequeño
momento dipolar que influye en sus puntos
de fusión y ebullición.

La presencia de un doble enlace
carbono-carbono, origina dos
estructuras posibles:
 isómeros cis (Z). Los dos grupos
prioritarios se encuentran en el
mismo lado del doble enlace.
 isómeros trans (E). Los dos
grupos prioritarios se
encuentran en lados opuestos.
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Se les llama también
olefinas (debido a
su apariencia
oleosa)
Sólo se da isomería geométrica en los
dobles enlaces cuyos carbonos
tienen dos sustituyentes distintos
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Análisis de grupos funcionales
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cis-2-buteno
Momento dipolar neto
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trans-2-buteno
Momento dipolar
nulo
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Análisis de grupos funcionales
No.
Estructura
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Nombre IUPAC,
identificar como cis ó
(Z) y trans ó (E) si es
necesario
No.
1
3
2
4
Trans-3,3-dimetilciclodeceno
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Estructura
a.
Punto de
fusión más
alto
b.
(E,E)-2,4hexadieno
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Análisis de grupos funcionales
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Se han descrito cerca de 1000
compuestos naturales con un triple
enlace carbono-carbono, como el
diacetileno (1,3-butadiino)
identificado en las atmósferas de
Plutón, Urano, Neptuno, Titán, Tritón

Los átomos de carbono en un triple
enlace presentan dos orbitales
hibridos sp, responsables de la
geometría lineal característica de este
gpo. funcional y de su nula polaridad.

Se parecen a los alcanos y alquenos en
la mayoría de sus propiedades físicas,
ya que tienen las mismas fuerzas
intermoleculares, sin embargo la
presencia del enlace multiple los hace
un poco más polares y por lo general
sus puntos de fusión y de ebullición
resultan ser ligeramente superiores al de
los alcanos y alquenos
correspondientes.
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Hidrocarburo
Punto fusión
(°C)
Punto
ebullición (°C)
Etano
-183.6
-88.7
Eteno
-169.1
-103.7
Etino
-81.8
-84
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Análisis de grupos funcionales
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El naftaleno, sólido cristalino, funde
a 80°C y sublima fácilmente, olor
característico, usado en un tiempo
como repelente de polillas. Usado
ampliamente en la producción de
plásticos, disolventes, tintes, usado
como anitséptico e insecticida.

La palabra aromático nada tiene
que ver con su olor, sino con los
arenos que son más estables de
lo que podría esperarse para un
sistema de trienos conjugados.
Es por ello que también se les
conoce como Arenos
En ausencia de sustituyentes polares
sus propiedades físicas se asemejan
a los hidrocarburos, debido a su
atracciones
Benceno

Se parecen a los alcanos y alquenos
en la mayoría de sus propiedades
físicas, ya que tienen las mismas
fuerzas intermoleculares, un poco
más polares y por lo general puntos
de ebullición ligeramente superior al
de los alcanos y alquenos
correspondientes.
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Análisis de grupos funcionales
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Varios alcoholes son muy
conocidos por sus
nombres comunes:
alcohol de madera
(metanol), alcohol para
frotar (2-propanol) y el
alcohol de granos (etanol)

El grupo funcional es un –OH ligado a un
carbono con hibridación sp3. En los
fenoles a un carbono sp2. El átomo de O,
también presenta hibridación sp3, por lo
cual los ángulos a su alrededor son de
aprox. 109 °, forma dos enlaces sigma con
el carbono e hidrógeno y los orbitales
restantes tienen electrones sin compartir.
La presencia del –OH, los hace polares y se
asocian entre sí por puentes de hidrógeno en
el estado líquido, haciendo que sus puntos de
ebullición sean superiores a los alcanos y
halogenuros de alquilo de peso molecular
comparable.
A medida que aumenta el número de átomos
de carbono (arriba de 4), predominan las
interacciones de London y su solubilidad en
agua disminuye.
La presencia de –OH adicionales en la
molécula incrementa los puntos de ebullición
y la solubilidad en agua.
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Análisis de grupos funcionales

El grupo funcional de un tiol es un –SH
(sulfhídrilo) el cual está ligado a un
carbono con hibridación sp3.

El enlace S-H es menos polar (dif.
Eletronegatividad 0.4) que el O-H,
impidiendo su asociación por puentes de
hidrógeno. Es por ello que tienen
menores puntos de ebullición y menor
solubilidad en agua que los alcoholes
correspondientes.

Los tioles o mercaptanos suelen ser
líquidos incoloros, malolientes hasta
n = 12 y poco solubles en agua.
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También se les llama mercaptanos, debido a su
tendencia de enlazarse con el mercurio. Un
fármaco dimercaprol (2,3-dimercapto-1propanol) se usa para tratar envenenamiento
con mercurio y plomo
Tiol
Punto
ebullición
(°C)
Alcohol
Punto
ebullición
(°C)
Metanotiol
6
Metanol
65
Etanotiol
35
Etanol
78
1-butanotiol
98
1-butanol
117
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Análisis de grupos funcionales
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Los refrigerantes conocidos como
freones son clorofluorocarbonos
destructures del ozono, entre ellos
Freón 11 (CCl3F) y el Freón 12
(CCl2F2). Alternativos no
destructores son los
hidroclorofluoroarbonos como el
HCFCl-123 (CH Cl2CF2)



Para los que estén ligados a hidrocarburos
aromáticos se les llama halogenuros o
haluros de arilo
Al menos un halógeno (X) está ligado
a un carbono con hibridación sp3
mediante un enlace covalente polar.
La carga parcial positiva la lleva el
carbono.
Dependiendo el número y tipo del
halógeno será la polaridad de la
molécula y en consecuencia su
solubilidad y puntos de ebullición.
Sustituyente X y Punto ebullición (°C)
En la mayoría las
que aumentan a medida que
aumenta el tamaño de la molécula o
el tamaño del halógeno. Sus puntos
de ebullición son superiores a los
alcanos correspondientes pero
inferiores a los alcoholes
relacionados.
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Fórmula
X=F
X=Cl
X=Br
X=I
X=OH
CH3X
-78
-24
3
42
65
CH3CH2X
-32
12
38
72
78
CH3(CH2)3X
65
108
129
157
158
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Análisis de grupos funcionales
25/06/2012
Encontramos numerosos compuestos
con estos grupos funcionales distribuidos
ampliamente en la naturaleza como
intermediarios del metabolismo y
biosíntesis. También son comunes como
reactivos, solventes, monómeros,
adhesivos, agroquímicos y principios
activos.



Pese a que otros grupos
funcionales también tienen
un carbonilo, sólo a los
aldehídos y a las cetonas se
les clasifica como
compuestos carbonílicos,
debido a las propiedades
químicas que les confiere el
carbonilo.
Su grupo funcional es el C=O,
carbonilo, resulta de la compartición
de dos pares de electrones en un
átomo de carbono y uno de oxígeno,
mediante la superposicion de
orbitales híbridos sp2. Es por ello que
los ángulos de enlace del C=O son
de 120°.
Como el O es más electronegativo
que el carbono (3.5 vs 2.5) el -C=O
es muy polar. Las
Los aldehídos y cetonas tienen
puntos de ebullición elevados y
mayor solubilidad en agua que los
compuestos no polares de peso
molecular comparable, pero inferiores
que los alcoholes comparables
porque no forman puentes de
hidrógeno.
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Compuesto
Peso molecular
(g(mol)
Punto
ebullición (°C)
n-pentano
72
36
Butanal
72
76
Butanona
72
80
1-butanol
74
117
12
Análisis de grupos funcionales
25/06/2012
Incontables productos
naturales son ácidos
carboxílicos o se
derivan de ellos.
Son mucho más solubles en agua que los
alcoholes, éteres, aldehídos y cetonas de
peso molecular comparable. Su solubilidad
disminuye a medida que incrementa la
cadena hidrocarbonada.
Son ácidos débiles.
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O
C
COOH
••
El grupo funcional es un grupo
carboxilo. El carbono del carboxilo
tiene hibridación sp2, así que los
ángulos alrededor de este carbono
son de 120° .
Son bastante polares y forman puentes de
hidrógeno. Dadas las características del
carboxilo forman dos puentes de hidrógeno
con otra molécula de ácido, es por ello que se
encuentran como dímeros en el edo. sólido o
líquido. En consecuencia tienen puntos de
ebullición superiores a los alcoholes
correspondientes.
••
••

O
••
CO 2 H
H
Compuesto
Peso molecular
(g(mol)
Punto
ebullición (°C)
n-pentano
72
36
Butanal
72
76
Butanona
72
80
1-butanol
74
117
A. butanoico
74
164
13
Análisis de grupos funcionales
25/06/2012
Los aromas de numerosas
frutas y flores se deben a los
ésteres


Tienen un grupo acilo, R-C=O, unido a un
elemento electronegativo. Su geometría es
similar a la de los ácidos carboxílicos y
también son polares.
Incluyen los ésteres, halogenuros de acilo,
anhídridos y amidas.
Los puntos de ebullición de un éster y un
cloruro de acilo se parecen y son menores
que los alcoholes de peso molecular
comparable ya que no pueden formar
puentes de hidrógeno. Sin embargo las
amidas son la que llevan el mayor punto de
ebullición debido a que presentan fuertes
atracciones entre dipolos y a la formación
de puentes de hidrógeno si tienen H´S
unido al nitrógeno.
De forma similar a los alcoholes, los
derivados con menos de 4 átomos de
carbono son solubles en agua.
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Compuesto
Peso molecular
(g(mol)
Punto
ebullición (°C)
CH3COCl
78
51
HCOOCH3
60
32
CH3CH2CH2OH
60
97.4
CH3COOH
60
118
CH3CONH2
59
221
14
Análisis de grupos funcionales
25/06/2012
Uno de los grupos
funcionales más
frecuente en la
naturaleza. Numerosos
principios activos
sintéticos y naturales
son aminas

Derivados orgánicos del amoniaco (NH3)

Igual que en NH3, el N tiene hibridación sp3
y los ángulos de enlace C-N-C son aprox.
de 109°.

Las aminas con menos de 5 carbonos son
totalmente solubles en agua

Las aminas 1° y 2° forman puentes de
hidrógeno por lo cual su punto de
ebullición es superior en relación que los
alcanos de peso molecular comparable.
Sin embargo, el N no es tan
electronegativo como el O por lo que sus
puentes de hidrógeno son más débiles que
los que unen a moléculas de alcohol.

Las 3° no pueden formar puentes de
hidrógeno y son las menores puntos de
fusión y de ebullición entre las aminas.
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Compuesto
Peso molecular
(g(mol)
Punto
ebullición (°C)
CH3CH2CH2CH3
58
0
CH3CH2CH2NH2
59
49
CH3CH2NHCH3
59
24
CH3N(CH3)2
59
2.9
CH3CH2CH2OH
60
97.4
15
Análisis de grupos funcionales
No.
1
No.
El más polar:
a.
b.
2
25/06/2012
3
CH3CO-O-CO-CH3
CH3-CH2-CH2-CHO
Orden creciente de solubilidad en agua
a. CH3-CH2-O-CH3
b. CH3-CH(OH)-CH2(OH)
c. CH3-CH2-NH2
d. CH2=CH-CH3
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4
Orden creciente de punto de ebullición
a. CH3-CH2-O-CH2-CH3
b. CH3-CH2-CH2-CH2-OH
c. CH3-CH2-CH2-CH2-SH
d. CH3-CH2-CH2-CH2-NH2
e. CH3-CH2-CH2-CO-NH2
¿cuál de los compuestos tiene el mayor punto de
ebullición?
3-metil-1-buten-2-ol y 1-penten-1-ol
16
Análisis de grupos funcionales
No.
Estructura
25/06/2012
Nombre IUPAC,
identificar como cis ó
(Z) y trans ó (E) si es
necesario
No.
1
3
2
4
Trans-3,3-dimetilciclodeceno
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Estructura
a.
Punto de
fusión más
alto
b.
(E,E)-2,4hexadieno
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Análisis de grupos funcionales
No.
1
No.
El más polar:
a.
b.
2
25/06/2012
3
CH3CO-O-CO-CH3
CH3-CH2-CH2-CHO
Orden creciente de solubilidad en agua
a. CH3-CH2-O-CH3
b. CH3-CH(OH)-CH2(OH)
c. CH3-CH2-NH2
d. CH2=CH-CH3
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4
Orden creciente de punto de ebullición
a. CH3-CH2-O-CH2-CH3
b. CH3-CH2-CH2-CH2-OH
c. CH3-CH2-CH2-CH2-SH
d. CH3-CH2-CH2-CH2-NH2
e. CH3-CH2-CH2-CO-NH2
¿cuál de los compuestos tiene el mayor punto de
ebullición?
3-metil-1-buten-2-ol y 1-penten-1-ol
18
Análisis de grupos funcionales
No.
Estructura
25/06/2012
Nombre IUPAC,
identificar como cis ó
(Z) y trans ó (E) si es
necesario
No.
1
3
2
4
Trans-3,3-dimetilciclodeceno
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Estructura
a.
Punto de
fusión más
alto
b.
(E,E)-2,4hexadieno
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Análisis de grupos funcionales
No.
1
No.
El más polar:
a.
b.
2
25/06/2012
3
CH3CO-O-CO-CH3
CH3-CH2-CH2-CHO
Orden creciente de solubilidad en agua
a. CH3-CH2-O-CH3
b. CH3-CH(OH)-CH2(OH)
c. CH3-CH2-NH2
d. CH2=CH-CH3
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4
Orden creciente de punto de ebullición
a. CH3-CH2-O-CH2-CH3
b. CH3-CH2-CH2-CH2-OH
c. CH3-CH2-CH2-CH2-SH
d. CH3-CH2-CH2-CH2-NH2
e. CH3-CH2-CH2-CO-NH2
¿cuál de los compuestos tiene el mayor punto de
ebullición?
3-metil-1-buten-2-ol y 1-penten-1-ol
20