ALCOHOLES Y FENOLES

Los alcoholes son compuestos con grupos hidroxilo unidos a átomos de carbono saturados con hibridación sp³. Los fenoles son compuestos que tienen grupos hidroxilo unidos a anillos aromáticos. Los alcoholes se encuentran ampliamente distribuidos en la naturaleza y tienen muchas aplicaciones industriales y farmacéuticas. Por ejemplo el etanol y metanol. Los fenoles son abundantes en la naturaleza y también sirven como intermediarios en la síntesis industrial de productos tan diversos como adhesivos y antisépticos. EL fenol es un desinfectante general.

NOMENCLATURA DE ALCOHOLES

Los alcoholes se clasifican en primarios, secundarios o terciarios, dependiendo del numero de sustituyentes unidos al carbono que tiene el hidrogeno.

REGLA 1 Seleccione la cadena de carbonos mas larga que contenga el grupo hidroxilo y derive el nombre del alcohol remplazando la terminación o del alcano correspondiente con ol.

REGLA 2  Numere la cadena mas larga de carbonos a partir del extremo mas cercano al grupo hidroxilo.

REGLA 3 Numere los sustituyentes de acuerdo con su posición en la cadena y escriba el nombre, mencionando los sustituyentes en orden alfabético.

NOMENCLATURA DE LOS FENOLES

La palabra fenol se utiliza como nombre de una sustancia especifica ( hidroxibenceno) o para nombrar a los compuestos  aromáticos.

PROPIEDADES

Los alcoholes y los fenoles tienen puntos de ebullición elevados porque forman puentes de hidrogeno en el estado liquido. Al igual que el agua, los alcoholes y fenoles son bases y acidos débiles. Como bases débiles, los acidos fuertes los protonan de manera reversible dando como resultado iones oxonio, ROH₂ ⁺. Como acidos débiles los alcoholes y fenoles se disocian muy poco en solución acuosa diluida donando un proton al agua. Los alcoholes son mucho menos acidos que los acidos carboxílicos o los acidos minerales, no reaccionan con las bases débiles como las aminas o el ion bicarbonato , reaccionan con los metales alcalinos y las bases fuertes como hidruro de sodio, amiduro de sodio y reactivos de Grignard. Los alcoxidos son bases que se utilizan a menudo como reactivos en química organica.

Los fenoles son mas acidos que los alcoholes porque el anion fenoxido esta estabilizado por resonancia. La deslocalización de mla crga negativa  sobre las posiciones orto- y para- del anillo aromatico aumenta la estabilidad del anion fenoxido comparada con el fenol no disociado.

PREPARACION DE ALCOHOLES

Los alcoholes pueden prepararse a partir de hidratación de los alquenos. Por lo general se utilizan dos métodos indirectos. La hidroboracion oxidación produce el compuesto sin. Y anti Markonovnikov de hidratación. La oximerasa   reducción da el producto Markovnikov de hidratación, Ambas reacciones son aplicables a la mayoría de los alquenos.

Uno de los métodos mas generales para preparar alcoholes es la reducción de un compuesto carbonilico, una reducción organica es una reacción que adiciona hidrogeno a una molecula. Se pueden reducir todos los tipos de compuestos carbonilicos, incluyendo aldehídos, cetonas, acidos carboxílicos y esteres.

Reduccion de aldehidos y cetonas.

Los aldehídos y cetonas se reducen con facilidad para producir alcoholes. Los aldehídos se convierten en alcoholes primarios; las cetonas en alcoholes secundarios. Se utilizan muchos reactivos para reducir las cetonas y los aldehídos, El borohidruro de sodio es un solido blanco cristalino, que se puede pear en atmosfera abierta y usarse en soluciones acuosas o en un alcohol.

Reduccion de acidos carboxilicos y esteres.

La reduccion de ambos suelen efectuarse con el LiAIH₄, que es un agente reductor mas reactivo . Todos los grupos carbonilo, incluidos los acidos, los esteres, las cetonas y los aldehídos se reducen con rapidez mediante, LiAIH_4.

PREPARACION DE FENOLES

La reacción se efectua por protonacion del oxigeno, seguida por una transposición del grupo fenilo del carbono al oxigeno con la perdida simultanea de agua. La adicion de agua al carbocation formado produce un intermediario llamado hemiaceta, el cual forma al fenol y a la cetona.

Reaccion de sustitución electrofilica aromatica.

El grupo hidroxilo es un sustitutente activador fuerte, en las reacciones de sustitución electrofilica aromatica los fenoles son sustratos muy reactivos para la halogenacion, la nitración y la sulfonacion electrofilicas.

Oxidación de fenoles: quinonas

Los fenoles no se oxidar de la misma manera que los alcoholes, porque no tienen un átomo de hidrogeno en el carbono que tiene el hidroxilo. La reacción de un fenol con los agentes oxidantes enérgicos produce una 2.5- ciclogexadreno-1,4-diona o quinona.

ETERES Y EPOXIDOS, TIOLES Y SULFUROS

Un éter es una sustancia que tiene dos grupos organicos unidos al mismo atomo de oxígenos. R-O-R. Pueden ser alquilos, arilos o vinílicos, y el atomo de oxigeno puede estar en una cadena abierta o ser parte de un anillo. Los esteres son relativamente estables y no reactivos en muchos aspectos, pero algunos reaccionan lentamente con el aire y forman peróxidos, compuestos que contienen un enlace O-O. Los esteres son muy útiles como disolventes en el laboratorio, pero siempre deben de tratarse con cuidado.

Los tioles R-S-H y los sulfuros R-S-R, son los análogos con azufre de los alcoholes y los éteres, respectivamente. Ambos frupos funcionales se encuentran en diversas biomoleculas.

NOMENCLATURA DE LOS ETERES

Las reglas de la IUPAC permiten dos sistemas para nombrar a los éteres. Los éteres sencillos, sin otros grupos funcionales, se nombran identificando los dos sustituyentes organicos y se añade el vocablo éter. Si se encuentran otros grupos funcionales, la parte del éter se considera como un sustituyente alcoxi.

Estructura propiedades

Es posible considerar a los éteres como: derivados orgánicos del agua, en los que se han remplazado los átomos de hidrogeno por grupos orgánicos. Los enlaces  R-O-R poseen un ángulo de enlace casi tetraédrico, y el átomo de oxigeno tiene hibridación sp³. El átomo de oxigeno electronegativo, da a los éteres un ligero momento dipolar y los puntos de ebullición de los éteres suelen ser un poco mas elevados que los correspondientes alcanos.

Reacciones de los éteres: Ruptura con ácidos.

Los éteres no reaccionan con muchos de los reactivos utilizados. Los halógenos, los ácidos diluidos, las  bases y los nucleofilos no reaccionan con la mayoría de los éteres, solo llevan a cabo una reacción de uso general: los ácidos fuertes los rompen.

Las rupturas con ácidos de los éteres son reacciones de sustitución nucleofilicas. Los éteres de alquilo primario y secundarios reaccionan por un mecanismo S_N2. Los éteres terciarios, bencílicos y alifáticos se rompen por un mecanismo S_N1 o el E1, porque estos sustratos producen carbocationes estables como intermediarios, estas reacciones son rápidas y se efectúan a temperaturas moderadas.

Éteres cíclicos

En su mayor parte los éteres cíclicos se comportan como éteres aciclicos. Las propiedades químicas del grupo funcional éter son las mismas. Los únicos eteres cíclicos que se comportan en forma diferente de los eteres de cadena abierta son los compuestos cíclicos de tres miembros llamados epóxidos u oxiranos.

Los epóxidos se rompen por tratamiento con acidos, al igual que otros eteres. La diferencia principal es que los epóxidos reaccionan en condiciones mucho mas suaves debido a la tensión del anillo.

A diferencia de otros eteres, las bases y los acidos pueden romper los epóxidos. Aunque el oxigeno de un éter es normalmente un grupo saliente pobre en una reacción S_N2, la tensión del anillo de tres miembros hace que los epóxidos reaccionen con el ion hidróxido a temperaturas elevadas. La apertura de epóxidos catalizada por las bases en una reacción S_N2 tipica en la cual el ataque del nucleofilo tiene lugar en el carbono del epóxido menos impedido.

TIOLES Y SULFUROS

Los tioles RSH son los análogos con azufre de los alcoholes y los sulfuros RSR son los análogos con azufre de los eteres. La nomenclatura de los tioles conserva el sistema utilizado para los alcoholes con el sifijo tiol en lugar de ol. Los sulfuros reciben su nombre siguiendo las reglas usadas para los eteres pero usando sulfuro en lugar de éter.

La característica mas notoria de los tioles es su olor desagradable. Por lo general los tioles se preparan a partir de halogenuros de alquilo, por desplazamiento S_N2 con un nucleofilo de azufre como el anion hidrosulfuro.

ALDEHIDOS Y CETONAS

De todos los compuestos orgánicos los aldehídos y las cetonas son los que mas se encuentran tanto en la naturaleza como en la industria química. En la industria química se producen aldehídos y cetonas simples en grandes cantidades para utilizarla como disolventes y como materia primas.

NOMENCLATURA DE LOS ALDEHIDOS.

Para nombrar a los aldehídos se sustituye la terminación –o  de nombre del alcano correspondiente por –al.

NOMENCLATURA DE LAS CETONAS

Para nombrar las cetonas se sustituye la terminación –o del nombre de alcano correspondiente con –ona. La cadena padre es la mas larga que contiene el grupo cetona y la numeración empieza a partir del extremo mas cercano al carbono del grupo carbonilo.

PREPARACION DE LOS ALDEHIDOS.

Los alcoholes primarios se pueden oxidar para obtener aldehídos a menudo la reacción se lleva a cabo utilizando clorocromato de piridinio en diclorometano como disolvente a temperatura ambiente.

Los alquenos con al menos un hidrogeno vinílico experimentan una ruptura oxidativa cuando se tratan con ozono para aldehídos.

PREPARACION DE CETONAS

Los métodos para sintetizar cetonas son similares a los que se usan para los aldehídos. Diversos reactivos oxidan a los alcoholes secundarios para dar cetonas. La selección de oxidante depende de factores como la escala de la reacción, el costo.

OXIDACION DE LOS ALDEHIDOS Y CETONAS

Resulta fácil oxidar aldehídos para producir ácidos carboxílicos, pero las cetonas suelen ser inertes hacia la oxidación.

La oxidación de los aldehídos ocurre a través de un intermediario, los 1,1-dioles o hidratos que se forman por la adición nucleofilica reversible del agua al grupo carbonilo.

REACTIVIDAD QUIMICA Y REACCIONES ORGANICAS

La forma como ocurre una reaccion se llama mecanismo. Una reaccion puede ocurrir en un paso o mas a menudo, mediante una secuencia de varios pasos. Por ejemplo: A+B X+Y puede ocurrir en dos pasos.

(1) A----->I+X seguida de  (2) B+I ------> Y

Las sustancias como el I, que se forman en pasos intermedios y se consumen en pasos ulteriores, se denominan intermedias. En algunas ocasiones los mismos reactivos pueden dar dos grupos de productos por dos mecanismos diferentes.

Las sustancias intermedias que contienen carbono con frecuenciaa de dos tipos de areglo de enlaces.

Reaccione heteroliticas (polares) Ambos electrones se van con un grupo, por ejemplo:

A: B----->A⁺  +:B^- o A:^-+B⁺

^{Reacciones homoliticas (radicales). Cada grupo que se separa toma un electron, por ejemplo:}

^{A:B------>A. +. B}

TEORIA DE LA RESONANCIA

• Siempre que se pueda representar una molecula por dos o mas estructuras que solo difieren en el ordenamiento de los electrones, (esto es, mediante estructuras que presentan el mismo ordenamiento de los nucleos atomicos) hay resonancia. La molecula es un hibrido de todas esas estructuras y no puede representarse satisfactoriamente por ninguna de ellas. Se dice que cada una de esas estructuras contribuye al hibrido.

• Cuando las estructuras contributentes tienen aproximadamente la misma estabilidad  (el mismo contenido energetico), la resonancia es importante. La contribucion de cada estructura al hibrido depende de la estabilidad relativa de esa estructura: las estructuras mas estables dan mayor contribucion.

• El hibrido de resonancia es mas estable que cualquiera de las estructuras contribuyentes. Este aumento de la estabilidad se denomina energia de resonancia. Cuanto mas iguales sean las estabilidades de las estructuras contribuyentes, mayor sera la energia de resonancia.

Solo puede haber resonancia entre estructuras que contengan el mismo numero de electrones impares. No puede haber resonancia entre una estructura de dirradical y otra con todos su s electrones apareados.

ACIDOS Y BASES

Los terminos acido y base se han definido de varias formas, correspondiendo cada definicion a un modo particular de considerar las propiedades de acidez y basicidad.

De acuerdo con la definicion de Lowry-Bronsted, un acido es una sustancia que entrega un proton y una base, una que lo acepta. La fuerza de un acido depende de su tendencia a entregar un proton, y la de una base de su tendencia a aceptarlo.

Segun la definicion de Lewis, una base es una sustancia que puede suministrar un par de electrones para formar un enlace covalente, y un acido, una que puede recubir un par de electrones para formar un enlace covalente. De este modo un acido es un aceptor de pares de electrones y una base un donante de pares de electrones. Este es el mas fundamental de los conceptos acido-base, y tambien el  mas general ya que incluye todos los demas conceptos.

METANO

Ciertos compuestos orgánicos solo contienen dos elementos, hidrógeno y carbono, por lo que se conocen como hidrocarburos. Partiendo de su estructura, se dividen en dos clases principales alifáticos y aromáticos. Los primeros se subdividen en familias: alcanos, alquenos, alquinos y sus análogos ciclicos.

El miembro mas simple de la familia de los alcanos, y de hecho uno de los compuestos organicos mas simples es el metano, CH_4.

Cada uno de los átomos del hidrógeno esta unido al carbono por enlaces covalentes, compartiendo un par de electrones. Cuando el carbono esta unido a otros cuatro atomos, sus orbitales enlazantes ( orbitales sp^{3, formados por mezcla de un orbital s y tres p) se dirigen hacia los vertices de un tetraedro. Esta disposicion tetraedrica es lo que permite a los orbitales  estar separados al maximo. Para que cada uno de estos orbitales solape al orbital esferico s de un atomo de hidrogeno con efectividad maxima, formando asi un enlace mas fuerte, cada nucleo de hidrogeno debe ubicarse en un vertice de este tetraedro.}

^{El metano es incoloro y, en estado liquido, menos denso que el agua (densidad relativa 0.4) ; de acuerdo con la regla de que una sustancia disuelve a otra similar, es apenas soluble en agua, pero muy soluble en liquidos organicos.}

HOMOLISIS Y HETEROLISIS

 Los sustantivos homólisis y heterólisis sólo se utilizan en su sentido literal, para indicar la ruptura de enlaces. No obstante, los adjetivos homolítico y heterolítico a falta de términos más adecuados se emplean en un sentido más general, para incluir también el proceso de la construcción de enlaces, pudiéndose definir así dos clases muy amplias de reacciones orgánicas.

Por consiguiente, las reacciones homolíticas son aquellas en las que se quitan o se proporcionan los electrones del par enlazante individualmente, tanto si se rompen enlaces,

 

O si se rompen y forman simultáneamente,

 

Cada uno de los átomos que se separan lleva uno de los electrones  enlazantes, y cada uno de los átomos que se juntan, proporciona uno de los electrones de enlace.

Reaccciones heterolíticas son aquellas  en las cuales los electrones enlazantes se quitan o se proporcionan en pares. Tanto si se rompen enlaces.

 

O si se rompen y forman simultáneamente,

 

HETEROLISIS: Ambos electrones en un fragmento.

HOMOLISIS: Un electrón en cada fragmento.

SOLUBILIDAD

Cuando se disuelve un sólido o un líquido, las unidades estructurales iones o moléculas, se separan unas de otras y el espacio entre ellas pasa a ser ocupado por moléculas de disolvente. Durante la disolución, igual que en la fusión y la ebullición, debe suministrarse energía para vencer las fuerzas interionicas o intermoleculares. La energía que se requiere para romper los enlaces entre las partículas de soluto y moléculas de disolvente: Las fuerzas atractivas anteriores son remplazadas por nuevas.

Se necesita una cantidad considerable de energía para vencer las poderosas fuerzas electrostáticas que sostienen un retículo iónico. Solo el agua y otros disolventes muy polares pueden disolver apreciablemente compuestos iónicos. Por definición, una molécula polar tiene un extremo positivo y otro negativo; por tanto hay atracción electrostática entre un ion negativo y la parte positiva de la molécula de disolvente. Estas atracciones se llaman enlaces ion-dipolo. Cada uno de estos enlaces es relativamente débil, pero en conjunto aportan suficiente energía para vencer las fuerzas interionicas del cristal. En la solución cada ion está rodeado por muchas moléculas de disolvente, por lo que se dice que esta solvatado; si el disolvente es agua se dice que el ion esta hidratado.