QUIMICA ORGANICA ALCOHOLES
ALCOHOLES Son compuestos de fórmula general R-OH, en donde R es cualquier grupo alquilo, incluso substituido. El OH puede ser primario, secundario o terciario, puede ser de cadena abierta o cíclico, puede contener un doble enlace, un átomo de halógeno, o anillo aromático. OH H3C
OH
H3C
HO
OH
H3C
H3C CH3
OH
Cl
CH3
CH3
OH
El grupo OH es el grupo funcional de los alcoholes (OH hidroxilo), el cual determina las propiedades características de esta familia de compuestos. Cuando el grupo OH se encuentra unido directamente a un anillo aromático, no son alcoholes, sino fenoles. Los alcoholes pueden ser primarios, secundarios o terciarios, según el átomos de carbono al cual está unido el grupo OH.
ALCOHOLES GRUPO FUNCIONAL
ALCOHOL BENCILICO
FENOL
OH R
OH
Od ( - ) Hd ( + )
CH3 H3C
CH3
CH3 H3C
H3C
3rio
HO HO 1rio
2rio
CH3
CH3
HO 4-METIL, 1-PENTANOL
4-METIL, 2-PENTANOL
4-METIL, 4-PENTANOL
ALCOHOLES NOMENCLATURA Se nombran por tres sistemas: NOMBRES COMUNES Los alcoholes simples se nombran con la palabra alcohol seguida del nombre del grupo alquílico.Son compuestos de fórmula general R-OH, en donde R es cualquier grupo alquilo, incluso substituido. El OH puede ser primario, secundario o terciario, puede ser de cadena abierta o cíclico, puede contener un doble enlace, un átomo de halógeno, o anillo aromático. OH H3C
OH
ALCOHOL METILICO
H3C
ALCOHOL ISOPROPILICO
HO
OH
H3C
H3C CH3
OH
Cl
CH3
OH
CH3
ALCOHOL TERBUTILICO
ALCOHOL α-CLORO PROPILICO
ALCOHOL CICLOBUTILICO ALCOHOL 2,4CICLOHEXADIENILICO
ALCOHOLES Sistema carbinol: Se considera a los alcoholes como derivados del alcohol met铆lico CH3OH (carbinol), se nombra los grupos que reemplazan a cada uno de los hidr贸genos del grupo CH3- por separado y finalmente de agrega el sufijo carbinol para indicar la presencia de la porci贸n C-OH. OH H3C
OH
CARBINOL
H3C
DIMETIL CARBINOL
HO
OH
H3C
H3C CH3
Cl
CH3
CH3
TRIMETIL CARBINOL
OH 1-(1-CLORO)METIL CARBINOL
IUPAC Se elige como estructura matriz la cadena continua m谩s larga que contenga el grupo OH .
FENIL CARBINOL
ALCOHOLES Se indica la posición del grupo OH en la cadena matriz por medio de un número, el cual es generalmente el más bajo posible. Los grupos unidos a la cadena matriz se indican también por medio de números. A la cadena matriz se le asigna el nombre de acuerdo al número de átomos de carbono que contiene, cada nombre deriva reemplazando la terminación o del alcano por ol del alcohol.
H3C
11
CH3
10 9
CH3
8 7
6
5-ISOPROPIL,
CH3
6-ETIL,
5
OH
4
2-UNDECANOL
3
H3C
2
CH3
4,8-DIMETIL
CH3
1
ALCOHOLES Los alcoholes con dos grupos OH se conocen con el nombre de glicoles, los que tienen nombres comunes o IUPAC. H H
H
H
OH
H3C
OH
H
HO HO
H
H
OH H
HO
H
CH3
H
H
OH
H
OH H
H H
ETILENGLICOL
CICLOPROPANODIOL
H
H
3,4-HEXANODIOL
H
CICLOHEXANODIOL
ALCOHOLES PROPIEDADES FÍSICAS Los alcoholes contienen el grupo OH muy polar, el cual tiene H unido a O, un elemento muy electronegativo, lo que permite la formación de puentes de H. Los alcoholes demuestran un punto de ebullición creciente con el incremento del número de átomos de C y una disminución del mismo con la ramificación. Sin embrago lo notable es el punto de ebullición elevado de los alcoholes con relación a los hidrocarburos de igual peso molecular. Esto se debe a que los alcoholes son líquidos asociados al igual que el agua, y sus puntos de ebullición elevados se deben a la mayor energía necesaria para vencer los puentes de H que mantienen unidas a las moléculas. La solubilidad de los alcoholes también refleja la tendencia de estos compuestos a la formación de los puentes de H, por ello los alcoholes inferiores son miscibles en agua, ya que se forman puentes de H entre las moléculas de agua y alcohol. Los tres primeros alcoholes son miscibles en agua, n-butanol tiene una solubilidad de 8g/100g de agua, n-pentanol 2g y n-hexanol 1g. Los alcoholes superiores son aún menos solubles. Los alcoholes polihidroxilados como el etilenglicol, presentan puntos de ebullición más altos por la presencia de dos grupos OH en su estructura, los glicoles inferiores son miscibles en agua.
ALCOHOLES PUENTES DE HIDROGENO H
H3C O
H
O
O
H
H
O
H3C CH3
H
H
O H H
O CH3
FUENTE INDUSTRIAL Hay dos sistemas para obtener alcoholes industrialmente, el primero es la hidrataci贸n de alquenos, los cuales a su vez se obtienen del cracking del petr贸leo. El segundo es la fermentaci贸n de carbohidratos.
ALCOHOLES Los alquenos con hasta cuatro o cinco átomos de carbono pueden separarse de la mezcla obtenida del cracking del petróleo, los cuales pueden convertirse fácilmente en alcoholes por adición directa de agua o por adición de ácido sulfúrico seguida de una hidrólisis. Los alcoholes que se obtienen por este proceso siguen la regla de Markovnikov y el único alcohol que se puede lograr con este método es el etanol.
H2C
H3C
CH2
OH H2O H2SO 4 H3C
OH H3C
CH2
CH3
ALCOHOLES Fermentación de carbohidratos: La fermentación de azúcares con levadura es el proceso químico sintético más antiguo empleado por el hombre, y sigue siendo de enorme importancia para la preparación de alcohol etílico y ciertos otros alcoholes. Los azúcares provienen de la melaza de la caña de azúcar o del almidón de varios granos. Cuando la materia prima es el almidón, además de etanol se obtiene aceite fusel (licor de calidad inferior), que es una mezcla de alcoholes primarios: npropanol, isobutanol, alcohol amílico. MELASA OH H OH
H
O H H
HO
OH H
ALMIDON
OH
LEVADURA
H3C OH
ALCOHOLES El etanol no es solamente el producto químico más antiguo, sino uno de los más importantes. El etanol se usa como solvente, para lacas, barnices, perfumes, condimentos, medio de reacción para cristalización, extracciones, y materia prima para síntesis de muchos productos orgánicos. El etanol se prepara industrialmente a partir del etileno obtenido del cracking del petróleo, de la fermentación de la caña de azúcar y de varios granos. El etanol es el alcohol de las bebidas alcohólicas, depende de que tipo de bebida alcohólica se requiera para prepararlo a partir de una determinada fuente vegetal. El sabor especial de las bebidas alcohólicas no depende del etanol, sino de ciertas substancias que se le pueden agregar o se generen en la misma fermentación . Medicinalmente, el etanol se conoce como hipnótico, es el menos tóxico de todos los alcoholes. El metanol es tóxico produce ceguera y la muerte.
ALCOHOLES Industrialmente el etanol se expende como alcohol industrial agregándole un desnaturalizante (metanol y gasolina) para que no se use como bebida alcohólica. Químicamente puro se conoce como alcohol absoluto, se usa en los laboratorios, pero es controlado estrictamente por los gobiernos. En medicina se usa para preparar muchos medicamentos, como solvente e incluso como antiséptico solo o en combinación con otras substancias como el mentol. Todo el etanol se comercializa como etanol al 95 %, excepto en la bebidas alcohólicas que tienen su propio contenido alcohólico, dependiendo de la bebida que se trate.
H3C
O
n
H2 Pt
OH
ACIDOS GRASOS
P, D
H3C
n
OH
ALCOHOLES PREPARACIÓN DE ALCOHOLES 1. Hidratación de alquenos.
H
H
H
H
H
H
H
OH
H2O H
H
H2SO4
2. Adición de ácido sulfúrico a alquenos, seguida de hidrólisis.
H2C
CH2
H2SO4
H
H
H
H
H
H
H
H
OH
H2O H
H
O
SO3H
ALCOHOLES 3. Oximercurizaci贸n-Desmercurizaci贸n. (Markovnikov)
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
OH
NaBH4
Hg(CH3COO)2 H2O
H
H3CCOOHg
H
OH
H
H
4. Hidroboraci贸n-oxidaci贸n. (Anti Markovnikov)
H
H
H
H
H
H
H
H
OH
H 2O 2
(BH3)2 H
H
H 2B
H
H
NaOH
ALCOHOLES 5. Síntesis de Grignard. H
H3C
Mg
H
Cl O
H
H
ETER
H2O
H H3C
O
H3C
Mg
H3C
Mg
H3C
Cl O
ETER
H
H H2O
H3C H3C
O
H3C
Mg
H3C
Cl O
ETER
H3C H3C
Mg
CH3
CH3 H2O
H3C H3C
O
OH
ALCOHOL 2rio
Cl
CH3
OH
ALCOHOL 1rio
Cl
H
H
Mg Cl
H3C H3C
OH
ALCOHOL 3rio
ALCOHOLES 6. Hidr贸lisis de halogenuros de alquilo.
H2O
H3C Cl
Na
H3C OH
OH
7. Reducci贸n de compuestos de carbonilo. O
OH LiAlH4
H3C H
H3C
H2SO 4
O
OH H2
H3C CH3
H3C
Pt
CH3
O
OH LiAlH4
H3C OH
ETER
H3C
ALCOHOLES 8. Reacci贸n de alquenos con KMnO4.
OH KMnO4
H3C CH3
H3C
H2SO 4
OH H3C
ALCOHOLES REACCIONES DE LOS ALCOHOLES Los alcoholes tienen definidas sus propiedades químicas por el grupo funcional OH 1. Reacción con halogenuros de hidrógeno:
HCl
H3C
H3C Cl
OH 2. Reacción con trihalogenuros de fósforo. PCL3
H3C OH
H3C
+ Cl
H3PO3
ALCOHOLES 3. Deshidrataci贸n.
OH H2SO 4
H3C CH3
H3C
180潞C
CH3
4. Reacci贸n con metales activos.
O
OH
Na
H3C CH3
Na
+
H3C CH3
H2
ALCOHOLES 5. Formaci贸n de 茅steres. O
+
H3C
H3C
OH
H2SO 4
OH
H3C
O O CH3
6. Oxidaci贸n. O H3C
K2Cr2O 7 OH
H3C
H2SO 4
H2SO 4 H O
KMnO4
H3C OH
H2SO4
H3C OH
CH3
O KMnO 4
H3C OH
H2SO4
O K2Cr2O 7
H3C CH3
H3C OH
ETERES ETERES Son compuestos de fórmula R - O R, R - O - Ar, Ar - O - Ar. Donde R es un grupo alquilo o Ar es un grupo arilo (bencénico). Para designar a los éteres, generalmente indicamos los dos grupos unidos al oxígeno, seguidos por la palabra éter. También se los puede nombrar como alcoxiderivados: Si los dos grupos son idénticos, se dice que son simétricos, y si son diferentes, se dice que son asimétricos.
H3C
O
H3C
O
CH3
CH3
DIMETILETER
METIL, ETILETER
O
ETIL, FENILETER
CH3
ETERES Propiedades físicas: El punto de ebullición de los éteres son similares a los de los alcanos de peso molecular equivalente y mucho más bajos que los de los alcoholes. Los puentes de hidrógeno que se dan en los alcoholes, no son posibles en los éteres, por cuanto no existe H enlazado al O. La solubilidad de los éteres es comparable a la del alcoholes, de C2 a C5, pueden considerarse solubles en agua, posiblemente se debe este comportamiento a que posiblemente forma puentes de H con el solvente acuoso. Fuente industrial: Varios éteres simétricos con grupos alquilo menores se preparan en gran escala para usarlos como solventes. El más importante de estos es el éter etílico, el cual es un anestésico y solvente usado en extracciones y en preparación de reactivos de Grignard, incluidos para este uso los éteres isopropilicos y n-butílicos.
ETERES Se preparan estos compuestos por reacción entre un alcohol y el ácido sulfúrico, se pierde una molécula de agua por cada dos moléculas de alcohol que interviene en la reacción, es una deshidratación, la cual se controla mediante las condiciones de reacción con ácido sulfúrico en exceso y a 140 C. Esta reacción queda limitada a la preparación de éteres simétricos, pues la mezcla de alcoholes genera una mezcla de productos y no es importante. El exceso de ácido sulfúrico en la reacción previene la formación de un peróxido, el cual puede ser muy explosivo y peligroso al contacto con el aire. Preparación de éteres: 1. Deshidratación de alcoholes. H3C H2SO 4
H3C OH
180ºC
O CH3
ETERES 2. S铆ntesis de Williamson. O H3C
O
Na
+
CH3
Cl
3. Alcoximercurizaci贸n-desmercurizaci贸n. (Markovnikov). H
H
H H3C
H
H
H
OH
Hg(OOCCF3)2
HgOOCCF 3
H
H
H
O
H
H
NaBH4 H3C
O
H
H
H3C
ETERES Reacciones de los éteres: Son compuestos relativamente poco reactivos, la unión éter es muy estable frente a las bases, agentes oxidantes y reductores. Unicamente dan un tipo de reacción: degradación por ácidos. Los ácidos deben ser concentrados y las temperaturas elevadas. H3C
HCl (c) O
D
2 H3C OH
CH3
O
CH3
OH HCl (c)
D
+
H3C OH
EPOXIDOS EPOXIDOS
H
Son compuestos que tienen un anillo de tres átomos.
H H
Son éteres, pero el anillo de tres miembros les confiere propiedades excepcionales.
O
H
OXIDO DE ETILENO U OXIRANO
El epóxido más importante es el óxido de etileno se lo prepara industrialmente por oxidación catalítica del etileno con aire. H
H
H
H O2
H
H
Ag 250ºC
H O
H
EPOXIDOS Preparaci贸n de ep贸xidos: 1. A partir de halohidrinas. H H
H
H
H
H
H
H2O H
H
HCl
H
NaOH HO
Cl
O
H
H
2. Peroxidaci贸n del doble enlace C = C. O O O H
H
OH
H
H
H
H O
H
H
+
OH
EPOXIDOS Reacciones de los ep贸xidos: 1. Apertura catalizada por 谩cidos. H
H
H
H
ACIDO
H
H
H
H3C
ACIDO
OH H
H
H
ACIDO
O
H
H
H
H O
H
H
H
H
OH
O
H
H
H
H
OH O
H
H
H
OH Cl
H
H
OH
O
H
OH OH
H2O
O
H
H
H
HCl H
CH3
EPOXIDOS 2. Apertura catalizada por bases. CH3 H
H3C
H
H
H
O NaOH
O H
H
NaOH
O
H
H
H O
H
H
H
H
OH
O
H
H
H
H
OH NH2
H
H
Na H
H
OH O
Na
O
H
H
NH3 H
EPOXIDOS 3. Reacci贸n con reactivos de Grignard. H
H3C
H
H
H
Mg Cl
H H
O
H O
Mg Cl
H
H
CH3
H2O
H
H
H OH
CH3