Química Orgánica: Aldehídos, Cetonas y Estereoquímica

ALDEHÍDOS, CETONAS Y
MOLÉCULAS QUIRALES
ING. ISIS LÓPEZ
GRUPO
CARBONILO
◦ PRESENTE EN ALDEHÍDOS Y CETONAS
◦ SE ASOCIAN A SABORIZANTES Y PERFUMES
◦ IMPORTANTES EN BIOMOLÉCULAS COMO
CARBOHIDRATOS, PROTEÍNAS Y ÁCIDOS NUCLEICOS
◦ INFLUYEN EN SU ESTRUCTURA Y FUNCIÓN
◦ EJEMPLOS: FORMALDEHÍDOS, ACETONA
◦ COMPUESTOS IMPORTANTES EN INDUSTRIA
ALDEHÍDOS Y
CETONAS
◦ EL ENLACE C=O , LOS ÁTOMOS UNIDOS A ÉL TIENEN
ÁNGULOS DE 120°C (TRIGONAL PLANA)
◦ EL GRUPO CARBONILO TIENE UN DIPOLO CON UNA
CARGA PARCIAL NEGATIVA EN EL OXÍGENO Y UNA
CARGA PARCIAL POSITIVA EN EL CARBONO.
◦ LA POLARIDAD DEL GRUPO CARBONILO INFLUYE
ENORMEMENTE EN LAS PROPIEDADES FÍSICAS Y
QUÍMICAS DE LOS ALDEHÍDOS Y CETONAS.
◦ ALDEHÍDOS: GRUPO CARBONILO ESTÁ ENLAZADO
POR LO MENOS A UN ÁTOMO DE HIDRÓGENO, Y EL
OTRO ENLACE ESTÁ CON UN HIDRÓGENO, GRUPO
ALQUILO O ANILLO AROMÁTICO.
◦ CETONA: EL CARBONILO UNIDO A DOS CARBONOS
PERTENECIENTES A GRUPOS ALQUILO O ANILLOS
AROMÁTICOS.
FÓRMULAS ESTRUCTURALESESQUELETO
◦ ALDEHÍDOS PARA CONDENSADO COLOCAR COMO –CHO Y NO –COH (HIDROXILO).
◦ CETONA PUEDE ESCRIBIRSE COMO –CO.
CH3(CO)CH3
EJERCICIOS
EJERCICIOS
NOMENCLATURA ALDEHÍDOS
◦ IUPAC: SE SUSTITUYE LA “O” DEL NOMBRE DEL ALCANO
POR “AL”
◦ NO SE NECESITA NÚMERO PARA EL GRUPO ALDEHÍDO
PORQUE SIEMPRE DEBE CONSIDERARSE COMO EL
COMIENZO DE LA CADENA.
◦ EL 1 AL 4 SE DENOMINAN CON FRECUENCIA CON SU
NOMBRE COMÚN QUE TERMINAN EN “ALDEHÍDO”
◦ LAS RAICES: FORM, ACET, PROPION Y BUTIR ->
PALABRAS GRIEGAS O LATIN
◦ LOS ALQUENOS- ALQUILOS-ALQUINOS-HALÓGENOS Y
ALCOHOLES SE CONSIDERAN GRUPOS SUSTITUYENTES.
NOMENCLATURA ALDEHÍDOS
◦ EL DOBLE Y TRIPLE ENLACE VAN INMERSOS EN EL
NOMBRE Y LA TERMINACIÓN SERÁ “AL”
◦ SI TIENE DOS GRUPOS ALDEHÍDOS SE NOMBRA:
NOMBRE COMPLETO DEL ALCANO Y TERMINACIÓN
“DIAL”
◦ LOS SUSTITUYENTES VAN ANTES DEL NOMBRE CON LA
TERMINACIÓN
◦ SI SE ENCUENTRA CON UN GRUPO PRIORITARIO COMO
ÁCIDO CARBOXÍLICO, SERÁ UN SUSTITYENTE Y SE
NOMBRA COMO “FORMIL (FORMILO) O EN ALGUNOS
CASOS “OXO”
◦ SI ES UN CICLO,, O ESTÁ UNIDO A UNA MOLÉCULA MÁS
GRANDE SE NOMBRA CON EL SUFIJO “CARBALDEHÍDO”
EJEMPLOS
EJEMPLOS
5-hidroxi-3-metilpent-2-enal
pent-3-enal
5-hidroxi-3-metil-2-pentenal
3-pentenal
3-bromociclopentanocarbaldehído
pentanodial
NOMENCLATURA CETONAS
◦ IUPAC SE SUSTITUYE LA TERMIACIÓN “O” POR “ONA”
◦ NOMBRE COMÚN: SE MENCIONAN EN ORDEN
ALFABÉTICO EL NOMBRE DE LOS GRUPOS ALQUILOS
ENLAZADOS AL CARBONILO, SEGUIDO DE LA PALABRA
“CETONA”
◦ ACETONA (PROPANONA) TAMBIÉN ES ACEPTADO EN
IUPAC
◦ LOS CICLOS SE NOMBRAN CON EL PREFIJO “CICLO”
ANTES DEL NOMBRE DE LA CETONA
◦ EN LOS CICLOS SI NO HAY OTRO PRIORITARIO SE
NUMERAN COMO 1.
NOMENCLATURA CETONAS
◦ SI HAY GRUPOS PRIORITARIOS, PASA A SER UN
SUSTITUYENTE “OXO” (EL ALDEHÍDO ES PRIORITARIO DE
LA CETONA POR QUE ESTARÁ EN EL CARBONO 1)
◦ SI HAY DOS GRUPOS CETONA SE NOMBRAN CON LA
TERMINACIÓN “DIONA”
◦ SI HAY GRUPOS ALQUENO O ALQUINO, SE COLOCAN
INMERSOS EN EL NOMBRE Y LA TERMINACIÓN “ONA”
INDICANDO PREVIAMENTE EL NÚMERO DEL CARBONO
EN EL QUE SE UBICA.
◦ LA CADENA SE NUMERA DEL EXTREMO MÁS CERCANO
AL GRUPO CETONA, Y SE DEBE INDICAR SU POSICIÓN
EN SISTEMA IUPAC.
EJEMPLOS
SUSTANCIAS COMUNES
LEER PÁGINA 511 DEL LIBRO
NOMBRAR EN SISTEMA
IUPAC:
EJERCICIOS PÁG. 512
PROPIEDADES
FÍSICAS
◦ A TEMPERATURA AMBIENTE EL METANAL Y ETANAL SON
GASES
◦ DE 3 A 10 CARBONOS SON LÍQUIDOS
PUNTOS DE EBULLICIÓN:
◦ EL GRUPO CARBONILO→ ATRACCIONES DIPOLO-DIPOLO
C+ O◦ TIENEN PUNTOS DE EBULLICIÓN MÁS ALTOS QUE
ALCANOS
◦ NO FORMAN PUENTES DE HIDRÓGENO→ TIENEN PUNTOS
MENORES A LOS ALCOHOLES
DE MASA SIMILAR
◦ AL AUMENTAR EL NÚMERO DE CARBONOS AUMENTA EL
PUNTO DE EBULLICIÓN, HAY MÁS DIPOLOS TEMPORALES
(FUERZAS DE DISPERSIÓN)
SOLUBILIDAD
◦ DEBIDO A LOS ÁTOMOS DE
OXÍGENO, PUEDEN FORMAR PUENTES
DE HIDRÓGENO CON EL AGUA.
◦ LOS ALDEHÍDOS Y CETONAS DE 1 A 4
CARBONOS SON SOLUBLES EN AGUA
◦ DESPUÉS DE 5 CARBONOS SON
POCO SOLUBLES, LAS CADENAS
LARGAS DE CARBONO NO POLAR
REDUCEN LA SOLUBILIDAD DEL
GRUPO POLAR CARBONILO.
OXIDACIÓN Y REDUCCIÓN
◦ LOS ALDEHÍDOS SE PRODUCEN POR LA OXIDACIÓN DE LOS ALCOHOLES PRIMARIOS.
◦ LOS ALDEHÍDOS SE PUEDEN OXIDAR MÁS A ÁCIDOS CARBOXÍLICOS
◦ LAS CETONAS SE PRODUCEN POR OXIDACIÓN DE ALCOHOLES SECUNDARIOS
◦ LAS CETONAS NO PUEDEN OXIDARSE MÁS
OXIDACIÓN Y REDUCCIÓN
◦ PRUEBA DE TOLLENS
SIRVE PARA DISTINGUIR
ENTRE ALDEHÍDOS Y
CETONAS
ES UNA DISOLUCIÓN DE
NITRATO DE PLATA Y
AMONÍACO, Y OXIDA A
LOS ALDEHÍDOS, PERO NO
A LAS CETONAS.
EL ION PLATA SE REDUCE Y
FORMA UNA CAPA DE
PLATA LLAMADA ESPEJO
OXIDACIÓN Y REDUCCIÓN
◦ PRUEBA BENEDICT
POSITVA CON COMPUESTOS QUE TIENEN UN GRUPO
FUNCIONAL ALDEHÍDO Y UN GRUPO HIDROXILO
ADYACENTE.
CONTIENE IONES DE CU 2+ + CALOR FORMA UN SÓLIDO
ROJO DE CU2O. LA PRUEBA ES NEGATIVA PARA CETONAS Y
ALDEHÍDOS SIMPLES
COMO LOS AZÚCARES TIENEN ESTE TIPO DE GRUPOS, ESTE
REACTIVO ES UTILIZADO PARA DETERMINAR PRESENCIA DE
GLUCOSA EN SANGRE U ORINA.
D- Glucosa
Ácido D-glucónico
REDUCCIÓN
◦ SE PUEDEN REDUCIR MEDIANTE
HIDRÓGENO H2 O BOROHIDRURO DE
SODIO (NaBH4)
◦ DISMINUCIÓN DE ENLACES CARBONOOXÍGENO
◦ ALDEHÍDOS REDUCEN A ALCOHOL
PRIMARIO
◦ CETONAS A ALCOHOLES SECUNDARIOS
◦ SE REQUIERE DE CATALIZADOR COMO
NÍQUEL, PLATINO O PALADIO
◦ EJERCICIOS PAG. 518
HEMIACETALES Y ACETALES
◦ CUANDO UN ALCOHOL REACCIONA CON UN ALDEHÍDO
O CETONA EN PRESENCIA DE UN CATALIZADOR ÁCIDO,
EL PRODUCTO ES UN HEMIACETAL, QUE CONTIENE DOS
GRUPOS FUNCIONALES EN EL MISMO ÁTOMO C: UN
GRUPO HIDROXILO Y UN GRUPO ALCOXI.
◦ SON INESTABLES Y REACCIONAN CON UNA SEGUNDA
MOLECULA DE ALCOHOL PARA FORMAR UN ACETAL
ESTABLE Y AGUA.
◦ EL ACETAL TIENE DOS GRUPOS ALCOXI UNIDOS AL
MISMO ÁTOMO DE CARBONO.
◦ SE UTILIZAN PARA PRODUCIR
FÁRMACOS Y PERFUMES.
VITAMINAS,
TINTES,
HEMIACETALES Y ACETALES
◦ EN GENERAL LOS ALDEHÍDOS SON MÁS REACTIVOS QUE LAS CETONAS (CARBONO MÁS POSITIVO
EN LOS ALDEHÍDOS)
◦ DOS GRUPOS ALQUILO EN CETONAS MÁS DIFÍCIL QUE UNA MOLÉCULA FORME ENLACES CON EL
CARBONO.
◦ LAS REACCIONES SON REVERSIBLES
◦ SEGÚN EL PRINCIPIO DE LE CHATELIER, LA REACCIÓN DIRECTA SE FAVORECE AL ELIMINAR AGUA
DE LA MEZCLA DE REACCIÓN.
◦ PARA FAVORECER LA REACCIÓN INVERSA, (HIDRÓLISIS DE ACETAL) SE AGREGA AGUA PARA
IMPULSAR EL EQUILIBIRIO EN LA DIRECCIÓN DE LA CETONA O EL ALDEHÍDO.
HEMIACETALES CÍCLICOS
◦ SE FORMA CUANDO EL GRUPO CARBONILO Y EL
GRUPO OH ESTÁN EN LA MISMA MOLÉCULA.
◦ LOS ACETALES Y HEMIACETALES DE 5 Y 6
CARBONOS SON MÁS ESTABLES QUE LAS
ESTRUCTURAS DE CADENA ABIERTA.
◦ UN EJEMPLO ES LA GLUCOSA, EN ELLA EL GRUPO
HIDROXILO DEL CARBONO 5 SE ENLAZA CON EL
GRUPO CARBONILO DEL CARBONO 1. ES MUY
ESTABLE 99% EXISTE COMO HEMIACETAL CÍCLICO.
HEMIACETAL CÍCLICO
◦ UN ALCOHOL PUEDE REACCIONAR CON UN
HEMIACETAL CÍCLICO PARA FORMAR UN
ACETAL CÍCLICO.
◦ ES IMPORTANTE EN LOS CARBOHIDRATOS, YA
QUE ES LA REACCIÓN QUE ENLAZA MOLÉCULAS
DE GLUCOSA A OTRAS MOLÉCULAS DE
GLUCOSA EN LA FORMACIÓN DE DISACÁRIDOS
Y POLISACÁRIDOS.
◦ LA MALTOSA ES UN DISACÁRIDO QUE TIENE UN
ENLACE ACETAL. UNA MOLÉCULA DE GLUCOSA
CONSERVA EL ENLACE HEMIACETAL CÍCLICO:
EJERCICIOS PAG. 521
ISOMERÍA ÓPTICA
WADE 5-2 AL 5-6 Y 5-10
Isomería
óptica
◦ LOS ÁTOMOS ESTÁN
ENLAZADOS EN LA MISMA
SECUENCIA, PERO
DIFIEREN EN LA FORMA
EN QUE SE ORDENAN EN
EL ESPACIO.
IMAGEN
ESPECULAR
◦ IMAGEN ESPECULAR: ES UNA IMAGEN DE
ESPEJO
◦ TODO TIENE IMAGEN ESPECULAR
◦ MANO DERECHA ESPEJO = MANO IZQUIERDA
QUIRALIDAD
◦ LOS OBJETOS QUE TIENE IMÁGENES
ESPECULARES NO SUPERPONIBLES
SON QUIRALES.
◦ EJEMPLOS: ZAPATOS, TIJERAS,
PALOS DE GOLF.
◦ CUANDO LA IMAGEN ESPECULAR
DE UN OBJETO ES IDÉNTICA Y
PUEDE SUPERPONERSE SOBRE EL
ORIGINAL → AQUIRAL
◦ EJEMPLO: VASO DE VIDRIO LISO→
IDÉNTICO SE PUEDE SUPERPONER
COMPUESTOS QUIRALESAQUIRALES
QUIRAL
AQUIRAL (NO QUIRAL)
• Su imagen especular no es
idéntica. (No
superponibles).
• Son asimétricos.
• Tienen formas derechas e
izquierdas (como la mano)
• Su imagen especular
idéntica. (Superponible).
• Son simétricos.
• Plano de simetría
Quiralidad y enantiomería moléculas
orgánicas
◦ Los
isómeros
geométricos
de
cicloacanos representan moléculas
quirales y aquirales.
ENANTIÓMERO: ISÓMEROS
ESPECULARES: PARES DE COMPUESTOS
QUE SON IMÁGENES ESPECULARES NO
SUPERPONIBLES.
Plano de simetría
PLANO DE SIMETRÍA
◦ Se debe verificar si hay algún carbono asimétrico.
◦ En ciclo sustituído: se observa la trayectoria en cada dirección y si no hay diferencia
no hay carbono asimétrico. Además, se debe tomar en cuenta la 3era dimensión.
PLANO DE SIMETRÍA ESPECULAR INTERNO:
LOS CARBONOS SP2 NO SON
QUIRALES (GEOMETRÍA TRIGONAL
PLANA- PLANO SIMETRÍA)
Aunque hay carbonos quirales, hay un plano de
simetría, imagen espejo igual.
ÁTOMOS DE CARBONOS ASIMÉTRICO
◦ UN COMPUESTO ORGÁNICO PUEDE SER QUIRAL SI TIENE AL MENOS UN ÁTOMO DE
CARBONO ENLAZADO A CUATRO ÁTOMOS O GRUPOS DE ÁTOMOS DIFERENTES.
(CARBONOS SP3).
◦ ESTE CARBONO SE LLAMA CARBONO QUIRAL- CARBONO ASIMÉTRICO→ LAS
ESTRUCTURAS SON IMÁGENES ESPECULARES NO SUPERPONIBLES.
◦ SI LOS ESTEREOISÓMEROS NO PUEDEN SUPERPONERSE SE LLAMAN ENANTIÓMEROS
CENTRO QUIRAL
◦ TAMBIÉN LLAMADO CENTRO DE QUIRALIDAD
◦ SE DENOTA CON UN ASTERISTICO.
ÁTOMOS DE CARBONO AQUIRALES
◦ CUANDOS DOS O MÁS ÁTOMOS ENLAZADOS A UN CARBONO PARTICULAR SON IGUALES,
LOS ÁTOMOS PRUEDEN ALINEARSE (SUPERPONERSE SI SE GIRAN Y ENTONCES LAS
IMÁGENES ESPECULARES REPRESENTAN LA MISMA ESTRUCTURA.
RESUMEN
◦ Si un compuesto no tiene un átomo de carbono asimétrico por lo general es aquiral.
◦ Si un compuesto sólo tiene un átomo de carbono asimétrico, debe ser quiral.
◦ Si un compuesto tiene más de un carbono asimétrico, podría ser quiral o no.
◦ Cualquier molécula que tiene un plano de simetría especular interno no puede ser
quiral, aunque tenga carbonos asimétricos.
◦ Siempre se tendría la opción de verificar la imagen especular para visualizar si son
superponibles o no lo son y determinar si es quiral o aquiral. (dibujar del lado derecho
lo izquierdo y de izquierdo lo derecho).
¿CARBONO QUIRAL?
¿CARBONO QUIRAL?
Nomenclatura (r) y (s)
◦ Se utiliza para diferenciar a los
enantiómeros.
◦ Cada estructura quiral tiene dos
disposiciones o configuraciones.
◦ Utilizamos: Convención Cahn-Ingold-Prelog.
1.
Asignar orden de prioridad según:
a. número atómico.
Nomenclatura (r) y (S)
b. Si en caso empatan utilizar los siguientes átomos en la
cadena analizada.
c. Enlaces dobles y triples se transforman en átomos
imaginarios:
Nomenclatura (r) y (S)
2)
Asignar R o S
a.
Poner los grupos de mayor
prioridad hacia uno y alejar el de
menor prioridad.
b.
Dibujar una flecha desde el grupo
con mayor prioridad, luego por el
2do y finalmente con el 3ero.
c.
SENTIDO HORARIO → R (“RECTUS”
DERECHO)
d.
SENTIDO ANTIHORARIO→ S
(“SINISTER” IZQUIERDO)
NOMENCLATURA (R) Y (S)
(R) O (S)
ACTIVIDAD ÓPTICA
◦ LAS MOLÉCULAS TIENEN
PROPIEDADES FÍSICAS
IDÉNTICAS:
◦ Para poder diferenciarlos se
utiliza la polarimetría: los
compuestos quirales tienen la
capacidad de girar en
direcciones opuestas, en un
plano de luz polarizada.
◦ Sustancias ópticamente activas
son las que giran , tienen
actividad óptica.
Actividad óptica
◦ GIRO IZQUIERDA (S) →
(laevus-izquierda) → l (-)
levógiros
◦ GIRO DERECHA (R) → dextrógiros
(dexios- derecha) → d (+)
◦ GIRAN EN LA MISMA MAGNITUD LOS
ENANTIÓMEROS.
DISCRIMINACIÓN
BIOLÓGICA DE
ENANTIÓMEROS
◦ LOS SISTEMAS BIOLÓGICOS SI
DIFERENCIAN ENANTIÓMEROS.
◦ PUEDEN TENER PROPIEDADES
TOTALMENTE DIFERENTES.
◦ LAS ENZIMAS SON QUIRALES→
SOLO UN ENANTIÓMERO ENTRA
DE FORMA ADECUADA.
MEZCLA RACÉMICA
◦ SON MEZCLAS QUE TIENEN
CANTIDADES IGUALES DE
ENANTIÓMEROS
◦ SE VUELTE ÓPTICAMENTE
INACTIVA. → RACEMATOS, PAR
+/- O PAR (d,l)
◦ Reactivos y catalizadores
ópticamente inactivos no
pueden generar uno activo.
◦ Se pueden producir productos
quirales como mezclas
racémicas:
Proyecciones de Fischer
◦ Es un método para
representar las moléculas
con centros quirales.
◦ Es más fácil de utilizar y
visualizar.
◦ SE DIBUJA:
A.
COMO UNA CRUZ, EL
CARBONO QUIRAL
REPRESENTA EL CENTRO.
B.
LINEAS HORIZONTALES
HACIA EL OBSERVADOR.
C.
VERTICALES HACIA ATRÁS.
PROYECCIÓN DE FISCHER
• Se permiten giros de 180° de todos los
sustituyentes
• No se permiten giros de 90° →
enantiómero.
• Los carbonos siempre van a lo largo de la
línea vertical .
• Los carbonos más oxidados van arriba
(mayor cantidad de oxígenos)
De cuñas a Fischer
PROYECCIÓN DE FISCHER
◦ (S)- (R)
◦ Asignar prioridades (Canh-Ingol-Prelog).
• Colocar el de menos prioridad en
posición vertical (hacia atrás).
• Girar los 3 sustituyentes restantes.
• Si no se hace lo anterior y se asigna
directamente, intercambiar grupos en
proyección de Fischer invierte la
configuración del carbono asimétrico: Por
tanto S será R y R será S.
(ESTO SOLO ES SI EL GRUPO DE MENOR
PRIORIDAD ESTÁ EN LAS HORIZONTALES, SI
ESTÁ EN VERTICAL, NO ES NECESARIO COLOCAR
LO CONTRARIO)
Compuesto meso
◦ Son compuestos aquirales a pesar de tener átomos de carbono asimétricos
Diastereómeros
◦ Estereoisómero que no es imagen especular (no es enantiómero)
OH
H
Cl
NH2
NH2
H
Cl
H
H
NH2
OH
NH2
H
Cl
H
Cl
Cl
OH
OH
NH2
OH
Cl
OH
NH 2
EXCEPCIONES SIN CARBONO
ASIMETRICO - MOLÉCULA QUIRAL
◦ POR ENANTIOMERÍA
CONFORMACIONAL
◦ ALENOS
EJERCICIOS
◦ PAGINA 529
REFERENCIAS
IMÁGENES:
◦ Wade.L; Química Orgánica; Novena Edición; Pearson; 2012.
◦ Timberlake K. , Química. Una Introducción a la Química General, Orgánica y Biológica,
Cuarta Edición, México: Editorial Pearson ;2010.
◦ Yurkanis,P. Fundamentos de Química Orgánica. Primera Edición, México: Editorial
Pearson Education; 2007
◦ Sitio Web: www.quimicaorganica.org