Aldehidos Y Cetonas

REACTIVIDAD DE LOS COMPUESTOS CARBONÍLICOS.

Departamento de Química, Facultad de Ciencias, Universidad del Valle, A.A. 2536.

Fecha de realización: 2 de Abril de 2014.

Fecha de entrega: 21 de Abril de 2014.

Resumen

Palabras claves: Grupo carbonilo, aldehídos, cetonas, reactividad, nucleófilo, adición nucleofílica.

1. Objetivos

General

Estudiar y comprender cada uno de los mecanismos de las reacciones de los compuestos carbonílicos.

Específicos

Analizar la reactividad y eficacia de los compuestos carbonílicos en síntesis orgánica.

Entender la importancia de la reacción de condensación aldólica para la producción de diferentes compuestos orgánicos.

2. Introducción

Los aldehídos y cetonas son compuestos orgánicos que se caracterizan por la presencia del grupo carbonilo, formado por un átomo de carbono unido por un doble enlace a un oxígeno; en los aldehídos el carbono esta enlazado al menos a un átomo de hidrógeno y en las cetonas el grupo carbonilo esta unido a dos carbonos.

Imagen 1. Estructuras de los compuestos carbonilos.

El grupo funcional carbonilo es una base de Lewis débil ya que el oxígeno tiene dos electrones sin compartir, es también polar,

debido a que el par de electrones del doble enlace se encuentra desplazado hacia el oxígeno, que es más electronegativo que el carbono.

Imagen 2. Polarización del grupo carbonilo.

Por tanto los aldehídos y cetonas son sustancias polares y sus puntos de ebullición son más altos que los de hidrocarburos y éteres de masa molecular similar, aunque comparado con los alcoholes, estos últimos presentan mayores puntos de ebullición debido a que sus moléculas se asocian entre ellas por puentes de hidrógeno, mientras que en las moléculas de aldehídos y cetonas no es posible esta asociación.

El doble enlace carbono-oxígeno experimenta reacciones de adiciones nucleofílicas y en ellas intervienen reactivos nucleofílicos; una sustancia con carácter nucleofílico es la que tiene pares de electrones que puede compartir con centros de carácter positivo (electrófilos) existentes en el sustrato, en este caso el sustrato es un aldehído o una cetona y el reactivo nucleofílico se representa como: 〖Nu:〗^-,Nu: o Nu:H

En el grupo carbonilo el carbono tiene una carga parcial positiva (δ^+) y el oxígeno una carga parcial negativa (δ^-); por tanto el carbono es atacado por el nucleófilo, los electrones del enlace π se desplazan hacia el oxígeno y este generalmente neutraliza su carga negativa con un protón que es parte del nucleófilo.[1] Y el mecanismo se representa de forma general así:

Imagen 3. Representación de la adición nucleofílica en compuestos carbonílicos.

Otro átomo que da lugar a la mayoría de reacciones en los compuestos carbonílicos es el carbono adyacente o carbono α. El efecto de atracción de electrones del átomo de oxígeno carbonílico también polariza los enlaces C-H en el átomo de carbono α, facilitando la separación de los átomo de H en forma de protones H+ (hidrógenos ácidos), por medio de una base fuerte, obteniendo entonces partículas con átomos de carbono cargado negativamente, conocidos como carbaniones o iones enolatos, donde la carga negativa se distribuye entre el carbono adyacente y el carbono carbonílico.[2]

Los iones enolato pueden actuar como carbonos nucleófilos, se pueden adicionar al grupo carbonilo de otra molécula de aldehído o cetona, según una reacción llamada condensación aldólica, de gran utilidad para formar enlaces carbono-carbono; el producto de dicha reacción se denomina aldol (aldehído y un alcohol). La condensación aldólica se lleva a cabo en 3 etapas: en la etapa 1, la base elimina un hidrógeno α para formar el anión enolato; en la etapa 2, este anión se adiciona al carbono carbonílico de otra molécula ya sea un aldehído o una cetona, para formar un nuevo enlace carbono-carbono; en la última etapa, el ion alcóxido formado acepta un protón del disolvente y regenera así el ion hidróxido que se necesita para la primera etapa. Debido a lo anterior los aldoles con por tanto 3-hidroxicarbonílicos, debido a que siempre es el carbono adyacente el que actúa como nucleófilo, el producto siempre tendrá un átomo de carbono entre el grupo carbonilo y el alcohol, independientemente del tamaño de la cadena del compuesto original.[2]

A temperatura elevada el aldol se transforma en su enolato. La eliminación de un ion hidróxido, un mal grupo saliente, por lo general es más fácil termodinámicamente por la formación del producto final, conjugado y relativamente estable; el resultado final de este segundo proceso es una deshidratación del aldol catalizada por el propio ion hidróxido, obteniéndose los compuestos carbonílicos α, β-insaturados.

Cuando se realiza una condensación aldólica entre diferentes compuestos carbonílicos se obtiene una condensación aldólica cruzada, la cual conduce a una mezcla de productos ya que se forman ambos enolatos y pueden reaccionar con los s carbonilo de cualquiera de los compuestos de partida. Sin embargo, en condiciones determinadas se puede obtener solo un producto siempre y cuando uno de los productos no sea enolizable, es decir, no tenga hidrógenos α.[2]

3. Metodología experimental

El proceso de las diferentes reacciones con compuestos carbonílicos se realizó de la siguiente manera:

A) REACCIÓN CON BISULFITO DE SODIO:

En un tubo de ensayo se agregó 1.0 mL de solución saturada de bisulfito de sodio e igual volumen de pentanal, se agitó la mezcla y por último se filtró al vacío, los cristales formados; Se realizó el mismo procedimiento con 1.0 mL de etilmetilcetona.

B) FORMACIÓN DE FENILHIDRAZONAS:

A 1.0 mL de solución de 2,4-dinitrofenilhidracina se adicionaron 0.5 mL de pentanal, se agitó fuertemente y por último se filtró al vacío; de igual manera se realizó con 0.5 mL de etilmetilcetona.

C) REACCIÓN DE CANNIZZARO:

En un tubo de ensayo se adicionaron 0.5 mL de benzaldehído más 2.5 mL de solución alcohólica de hidróxido de potasio al 30%, se agitó vigorosamente, se filtraron los cristales formados, disolviéndolos en la misma cantidad de agua, para terminar se adicionó aproximadamente 0.5 mL de HCl al

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