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Química orgánica y reacciones químicas · Compuestos orgánicos y grupos funcionales

Grupos funcionales y nomenclatura IUPAC

Un tinto, la panela, el alcohol antiséptico del botiquín, el vinagre de la cocina, el olor de la piel de una naranja: todas son sustancias orgánicas, todas tienen carbono e hidrógeno, y sin embargo se comportan de maneras muy distintas. ¿Qué parte de la molécula decide cómo se comporta cada una? Al final de la página lo respondemos.

Grupo funcional y familias

Los compuestos orgánicos tienen una cadena de carbonos unida a hidrógenos. Esa cadena es bastante poco reactiva. Lo que da "personalidad" a la molécula es un átomo o un conjunto de átomos con una forma de enlazarse característica: el grupo funcional.

Estas son las familias que trabajamos (R es el resto de la cadena de carbonos):

Familia Grupo funcional Fórmula general Ejemplo
Alcohol hidroxilo $-\text{OH}$ en un carbono de cadena R–OH $\text{CH}_3\text{CH}_2\text{OH}$ (etanol)
Fenol hidroxilo $-\text{OH}$ en un anillo de benceno Ar–OH $\text{C}_6\text{H}_5\text{OH}$ (fenol)
Aldehído carbonilo $\text{C=O}$ en un extremo de la cadena R–CHO $\text{CH}_3\text{CHO}$ (etanal)
Cetona carbonilo $\text{C=O}$ en medio de la cadena R–CO–R' $\text{CH}_3\text{COCH}_3$ (propanona)
Ácido carboxílico carboxilo $-\text{COOH}$ R–COOH $\text{CH}_3\text{COOH}$ (ácido etanoico)
Esquema de los grupos funcionales: hidroxilo, aldehído, cetona y carboxilo Alcohol Aldehído Cetona Ácido OH O H O O OH R R R R' R

Fíjate en la diferencia entre aldehído y cetona: ambos tienen $\text{C=O}$, pero en el aldehído ese carbono está en la punta de la cadena (lleva un H), y en la cetona está en medio, entre dos carbonos.

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En el laboratorio del colegio te entregan tres fórmulas condensadas: $\text{CH}3\text{CH}2\text{OH}$, $\text{CH}3\text{CHO}$ y $\text{CH}3\text{COCH}3$. Escribe el…

En el laboratorio del colegio te entregan tres fórmulas condensadas: $\text{CH}_3\text{CH}_2\text{OH}$, $\text{CH}_3\text{CHO}$ y $\text{CH}_3\text{COCH}_3$. Escribe el nombre del grupo funcional presente en cada una y la familia de compuestos a la que pertenece.

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Explica con tus palabras en qué se diferencia un alcohol de un fenol. Da un ejemplo de cada uno, escribiendo su nombre y su fórmula semidesarrollada o su estructura.

Explica con tus palabras en qué se diferencia un alcohol de un fenol. Da un ejemplo de cada uno, escribiendo su nombre y su fórmula semidesarrollada o su estructura.

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Nomenclatura IUPAC

La IUPAC da un método único para que cualquier químico del mundo escriba el mismo nombre para la misma molécula. El nombre se arma con tres piezas: prefijo (cuántos carbonos), tipo de enlace (-an-) y terminación (el grupo funcional).

Carbonos 1 2 3 4 5 6
Prefijo met- et- prop- but- pent- hex-
Familia Terminación Ejemplo
Alcohol -ol propan-1-ol
Aldehído -al butanal
Cetona -ona butan-2-ona
Ácido carboxílico ácido …-oico ácido etanoico

El porqué de numerar así: el número dice exactamente en qué carbono está el grupo, y así no hay dos compuestos con el mismo nombre.

Practica★☆☆Sin empezar
Escribe el nombre IUPAC del compuesto de fórmula $\text{CH}3\text{CH}2\text{CH}2\text{OH}$. Indica también cuál es la cadena principal y en qué carbono está el grupo…

Escribe el nombre IUPAC del compuesto de fórmula $\text{CH}_3\text{CH}_2\text{CH}_2\text{OH}$. Indica también cuál es la cadena principal y en qué carbono está el grupo funcional.

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Para cada fórmula, escribe el nombre IUPAC y clasifica el compuesto como alcohol primario, alcohol secundario, aldehído o cetona: a)…

Para cada fórmula, escribe el nombre IUPAC y clasifica el compuesto como alcohol primario, alcohol secundario, aldehído o cetona:

  1. a) $\text{CH}_3\text{CH(OH)CH}_2\text{CH}_3$
  1. b) $\text{CH}_3\text{CH}_2\text{CH}_2\text{CHO}$
  1. c) $\text{CH}_3\text{COCH}_2\text{CH}_3$

Justifica brevemente cada clasificación señalando dónde está el grupo funcional en la cadena.

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Alcoholes primarios y secundarios; aldehídos y cetonas

Los alcoholes se clasifican según el carbono que lleva el $-\text{OH}$:

  • Primario: ese carbono está unido a un solo carbono (o ninguno). Ejemplo: etanol, $\text{CH}_3\text{CH}_2\text{OH}$.

  • Secundario: ese carbono está unido a dos carbonos. Ejemplo: propan-2-ol, $\text{CH}_3\text{CH(OH)CH}_3$.

Comparación de un alcohol primario y uno secundario según los carbonos vecinos del carbono con OH OH OH Primario: 1 carbono vecino Secundario: 2 carbonos vecinos

Para decidir entre aldehído y cetona, mira dónde está el $\text{C=O}$: en el extremo (aldehído) o en el interior (cetona). Esta diferencia importa mucho en las reacciones de oxidación, que veremos en la sección final.

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La fórmula molecular $\text{C}4\text{H}8\text{O}$ corresponde a varios compuestos. Dibuja y nombra según la IUPAC un aldehído y una cetona con esa fórmula. Compara ambos…

La fórmula molecular $\text{C}_4\text{H}_8\text{O}$ corresponde a varios compuestos. Dibuja y nombra según la IUPAC un aldehído y una cetona con esa fórmula. Compara ambos en dos aspectos: la posición del grupo carbonilo en la cadena y la facilidad con que cada uno se oxida. Argumenta tu respuesta con base en la estructura.

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Fenoles frente a alcoholes

El fenol, $\text{C}_6\text{H}_5\text{OH}$, tiene el $-\text{OH}$ unido a un carbono del anillo de benceno. Esto hace que el átomo de hidrógeno del $-\text{OH}$ sea mucho más ácido que en un alcohol: el anillo atrae los electrones del oxígeno y estabiliza la carga negativa que queda al soltar el $\text{H}^+$.

Por eso el fenol reacciona de forma apreciable con una base fuerte como el hidróxido de sodio, y el etanol no:

$$\text{C}_6\text{H}_5\text{OH} + \text{NaOH} \rightarrow \text{C}_6\text{H}_5\text{ONa} + \text{H}_2\text{O}$$

El producto es el fenóxido de sodio (o fenolato de sodio). Con el etanol y el $\text{NaOH}$ diluido no hay reacción apreciable.

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Una profesora afirma que el fenol ($\text{C}6\text{H}5\text{OH}$) y el etanol ($\text{CH}3\text{CH}2\text{OH}$) tienen ambos un grupo $-\text{OH}$, pero no se comportan…

Una profesora afirma que el fenol ($\text{C}_6\text{H}_5\text{OH}$) y el etanol ($\text{CH}_3\text{CH}_2\text{OH}$) tienen ambos un grupo $-\text{OH}$, pero no se comportan igual frente al hidróxido de sodio. Explica cuál de los dos reacciona de forma apreciable con una disolución de $\text{NaOH}$ y por qué. Escribe la ecuación de esa reacción y nombra el producto orgánico. Relaciona tu explicación con el átomo al que está unido el grupo $-\text{OH}$ en cada compuesto.

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Grupo funcional y propiedades

Las moléculas se atraen entre sí con fuerzas intermoleculares. Cuanto más fuertes, más energía hace falta para separarlas y más alto es el punto de ebullición.

  • Alcanos (butano): solo fuerzas de dispersión débiles.

  • Aldehídos y cetonas (propanal): el $\text{C=O}$ es polar, hay atracción dipolo-dipolo; más fuertes que en los alcanos.

  • Alcoholes (propan-1-ol): el $-\text{OH}$ forma puentes de hidrógeno, la más fuerte de las tres.

Con masas molares parecidas (≈58-60 g/mol), el orden de punto de ebullición es: butano < propanal < propan-1-ol. Los alcoholes de cadena corta también se disuelven bien en agua, porque el $-\text{OH}$ forma puentes de hidrógeno con ella.

Compuesto Masa molar (g/mol) Fuerza dominante
Butano 58 dispersión
Propanal 58 dipolo-dipolo
Propan-1-ol 60 puente de hidrógeno
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Se tienen tres compuestos de masas molares parecidas: butano ($58\ \text{g/mol}$), propanal ($58\ \text{g/mol}$) y propan-1-ol ($60\ \text{g/mol}$). Ordénalos de menor a…

Se tienen tres compuestos de masas molares parecidas: butano ($58\ \text{g/mol}$), propanal ($58\ \text{g/mol}$) y propan-1-ol ($60\ \text{g/mol}$). Ordénalos de menor a mayor punto de ebullición y explica el orden relacionando el grupo funcional con las fuerzas intermoleculares que presenta cada uno.

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Oxidación de alcoholes

El grupo funcional también decide cómo reacciona. Al oxidar un alcohol, con un agente oxidante que escribimos $[\text{O}]$, se pierden hidrógenos y se forma un $\text{C=O}$:

  • Alcohol primario → aldehído (y con más oxidación, ácido carboxílico).

  • Alcohol secundario → cetona. La cetona ya no se oxida con facilidad, porque su carbono carbonilo no tiene hidrógeno que perder.

$$\text{CH}_3\text{CH}_2\text{OH} \xrightarrow{[\text{O}]} \text{CH}_3\text{CHO} + \text{H}_2\text{O}$$ $$\text{CH}_3\text{CH(OH)CH}_3 \xrightarrow{[\text{O}]} \text{CH}_3\text{COCH}_3 + \text{H}_2\text{O}$$

Por eso un aldehído se oxida fácil (el carbono del $\text{CHO}$ tiene un H) y una cetona no: esa es la base de las pruebas químicas que verás en otra página.

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Escribe las ecuaciones que representan la oxidación de: a) etanol a etanal; b) propan-2-ol a propanona. Usa $[\text{O}]$ para indicar el agente oxidante y escribe las…

Escribe las ecuaciones que representan la oxidación de:

  1. a) etanol a etanal;
  1. b) propan-2-ol a propanona.

Usa $[\text{O}]$ para indicar el agente oxidante y escribe las fórmulas semidesarrolladas de reactivos y productos. Indica qué familia de compuestos se obtiene en cada caso.

Resolver

Vuelve al principio: lo que hace distinta una sustancia de otra no es la cadena de carbonos, sino su grupo funcional: el $-\text{OH}$ del alcohol antiséptico, el $-\text{COOH}$ del vinagre, el $\text{C=O}$ de los aromas.

Resumen

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