Análisis de grupos funcionales

Academia de Química, Depto. Ciencia Básicas ITESM, campus qro.

25/06/2012

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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

25/06/2012

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

25/06/2012

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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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

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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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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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

25/06/2012

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

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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

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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

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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

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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

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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

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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

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