imagen: «Chemistry» de Quinn Dombrowski. Licencia: CC BY-SA 2.0
compuestos de carbonilo
en química orgánica, los compuestos de carbonilo son un grupo funcional que consiste en un átomo de carbono con un doble enlace a un átomo de oxígeno., Muchos tipos diferentes de compuestos de carbonilo están presentes en la naturaleza. Todos ellos contienen un grupo acilo (R-C = O) con otro sustituyente unido a él. La parte R de la estructura puede ser cualquier alquilo, alquilo o alquilo, o tener otros grupos funcionales Unidos a ella.
unido al otro lado del grupo acilo es hidrógeno, carbono, oxígeno, nitrógeno, azufre o un halógeno. Dependiendo de los diferentes sustituyentes Unidos al grupo acilo, se pueden formar diferentes tipos de compuestos.,acid
(Table was prepared by Mark Xavier Bailon)
Carbonyl compounds are generally divided into 2 groups., Una categoría está compuesta por los aldehídos y cetonas, la otra compuesta por los ácidos carboxílicos y sus derivados. Estos dos grupos generalmente difieren en sus tipos de química y reacciones.
los aldehídos y las cetonas son funciones en el segundo grado de oxidación. Se consideran derivados de un hidrocarburo con sustitución de 2 átomos de hidrógeno en el mismo carbono por uno de oxígeno, dando lugar a un grupo oxo (=o). Si la sustitución tiene lugar en un carbono primario, el compuesto resultante es un aldehído y se nombra con la terminación-al., Si la sustitución tiene lugar en un carbono secundario, es una cetona y se nombra con el sufijo-uno.
los aldehídos y las cetonas, que tienen un H o un C Unidos al grupo acilo, no pueden participar en reacciones de sustitución nucleofílica porque estos dos átomos no pueden estabilizar una carga negativa. Estos sustituyentes no pueden participar como grupo saliente en las reacciones de sustitución nucleofílica debido a su incapacidad para estabilizar las cargas negativas.,
para el ácido carboxílico y sus derivados, el átomo directamente unido al grupo acilo (oxígeno, nitrógeno, azufre, halógeno) puede estabilizar cargas negativas y, por lo tanto, puede participar en reacciones de sustitución nucleofílica.
estructura del carbonilo
el grupo carbonilo es un grupo funcional compuesto por átomos de carbono y oxígeno conectados por un doble enlace. La hibridación del átomo de carbono es sp2 y por lo tanto forma tres enlaces σ y un enlace π. El átomo de oxígeno, por otro lado, forma un enlace σ y π con el carbono carbonilo y tiene 2 pares de electrones no enlazantes.,
la diferencia entre los valores de electronegatividad del carbono y el oxígeno produce un doble enlace fuertemente polarizado. El átomo de oxígeno es más electronegativo y, por lo tanto, tiene una mayor tendencia a atraer electrones, creando un extremo parcialmente negativo. A su vez, el átomo de carbono se vuelve parcialmente positivo por la atracción de electrones hacia el átomo de oxígeno.
nomenclatura de aldehídos y cetonas
al nombrar aldehídos y cetonas, el terminal –e del alcano correspondiente se sustituye por –Al o –one, respectivamente. Para los aldehídos, la cadena padre debe contener el grupo-CHO., Si el grupo funcional aldehído es el grupo funcional de mayor prioridad, el carbono carbonilo se asigna como carbono 1. Por ejemplo, en el caso del propano, cuando dos de los átomos de hidrógeno en el carbono terminal son reemplazados por un átomo de oxígeno doble unido al átomo de carbono, el nombre del aldehído descrito es propanal.
un aldehído cíclico es un compuesto donde un grupo aldehído está directamente unido a un anillo. Al nombrar estos tipos de compuestos, el sufijo –carbaldehído se agrega al nombre del compuesto cíclico., Por ejemplo, un ciclopentano con un grupo aldehído unido a él se llamará ciclopentanocarbaldehído. La siguiente figura muestra diferentes compuestos aldehídos con sus nombres:
» estructuras y nombres de algunos aldehídos.»por Mark Xavier Bailon
Las cetonas se nombran reemplazando la terminal –e del hidrocarburo original por –one. Para los compuestos que contienen cetona como el grupo funcional de mayor prioridad, la cadena madre es la cadena más larga que contiene el grupo funcional cetona., La asignación de un número de carbono procede en la dirección que da el carbono carbonilo el número más bajo posible. En el nuevo sistema de nomenclatura de la Unión Internacional de Química Pura y aplicada (IUPAC), el número de locante se coloca antes del sufijo.
El compuesto original es pentano, ya que es un alcano de 5 carbonos. El número más bajo posible para el carbono carbonilo es 2 Cuando el conteo se inicia desde el átomo de carbono más a la derecha. En este caso, el nombre del compuesto será pent-2-one.,
adición nucleofílica
un nucleófilo es cualquier especie química que tiene una alta densidad electrónica y es atraída por un átomo electrofílico en otra molécula, como la baja densidad electrónica del carbono carbonilo.
el grupo carbonilo proporciona un sitio para la adición nucleofílica (también conocido como ataque nucleofílico) y aumenta la acidez de los átomos de hidrógeno unidos al carbono alfa. Estos dos efectos son consistentes con la estructura de los grupos carbonilos y se deben a la capacidad del oxígeno para incorporar una carga negativa.,
Las reacciones de aldehídos y cetonas se limitan únicamente a las reacciones de adición nucleofílica. El ataque del nucleófilo es a través del átomo de carbono electrofílico de la molécula objetivo. El átomo de carbono electrofílico se vuelve algo deficiente de electrones debido a la atracción de electrones hacia los átomos de oxígeno. Debido a esto, el carbono carbonilo se vuelve altamente susceptible a un ataque nucleofílico. Solo la adición del nucleófilo ocurre ya que el átomo H y C En el sustituyente no es un buen grupo saliente.,
en el proceso de unión, se elimina el doble enlace entre el carbono y el oxígeno, y una carga negativa localizada se transfiere al átomo de oxígeno formando un intermedio alcóxido. La protonación de los resultados intermedios en la formación de un producto de adición de alcohol neutro. A continuación es el mecanismo de la reacción de adición nucleófila:
«Mecanismo de la Reacción de Adición Nucleófila de Aldehído.»por Mark Xavier Bailon
hidratos de carbono
Los hidratos de carbono son un importante compuesto carbonilo que se encuentra en la naturaleza., Se componen de una larga cadena de carbono, así como un grupo o grupos carbonilo y son sintetizados principalmente por un proceso llamado fotosíntesis. En la fotosíntesis, las plantas facilitan la reacción entre el dióxido de carbono y el agua, en presencia de energía solar, a través de enzimas presentes en las células de la planta, produciendo carbohidratos y moléculas de oxígeno.
Los carbohidratos son una amplia clase de aldehídos polihidroxilados y cetonas y generalmente se llaman azúcares., El término carbohidrato se deriva de la glucosa que tiene la Fórmula molecular de C6H12O6 y originalmente se pensó que era un hidrato de carbono.
la presencia del grupo hidroxilo en la glucosa le permite formar un anillo en lugar de ser un aldehído de cadena abierta. En el caso de la glucosa, el grupo hidroxilo unido al carbono 5 ataca al carbono carbonilo a través del mecanismo de adición nucleofílica.
dado que el ataque puede ocurrir desde la parte superior o desde la parte inferior, la forma cíclica de la glucosa puede ser en forma alfa o beta., Cuando el grupo –OH en el carbono anomérico (carbono carbonilo original) está abajo, la molécula está en forma alfa, y cuando el grupo-OH está arriba, está en su forma beta. Las formas específicas (también conocidas como conformaciones) de estas moléculas de azúcar son importantes ya que afectan su reactividad y capacidad de ser metabolizadas por el cuerpo.
Los carbohidratos proporcionan más del 50% de la energía necesaria para el metabolismo, el crecimiento, la reparación, la secreción, la absorción, la excreción y el trabajo mecánico., El metabolismo de los hidratos de carbono incluye las reacciones experimentadas por los hidratos de carbono de fuentes alimentarias o las formadas a partir de compuestos de otros hidratos de carbono. La oxidación de este tipo de carbohidratos permite el almacenamiento de energía en forma de glucógeno, la síntesis de aminoácidos no esenciales y la producción de ácidos grasos en presencia de un exceso de carbohidratos.
oxidación y reducción
Las reacciones de oxidación y reducción ocurren simultáneamente cuando se transfieren electrones., Cuando una molécula se oxida, da un electrón a una molécula vecina que se reduce al ganar el electrón.
en general, los aldehídos son más reactivos que las cetonas porque son menos obstaculizados debido a la presencia de solo un átomo H en lugar de un grupo alquilo como su sustituyente. Por lo tanto, los aldehídos también pueden participar en otros tipos de reacciones dependiendo de las condiciones de reacción.
en presencia de oxidantes fuertes como permanganato de potasio y dicromato de potasio, el aldehído puede oxidarse para producir ácidos carboxílicos., Por ejemplo, cuando el propanal es oxidado por el dicromato de potasio, se produce ácido propanoico.
«la Oxidación de Propanal.»por Mark Xavier Bailon
por otro lado, tanto los aldehídos como las cetonas pueden sufrir reacciones de reducción. Ambos pueden reaccionar con agentes reductores, como el borohidruro de sodio o el gas hidrógeno, en presencia de un catalizador de Lindlar para producir alcohol. Los aldehídos producen alcoholes primarios a través de la reducción, mientras que las cetonas producen alcoholes secundarios.,
«Reduction Reactions of Aldehydes and Ketones.” by Mark Xavier Bailon