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sábado, 9 de abril de 2022

Referencias | 🍬 Aldehídos y cetonas | Joseleg

 | Ciencias de Joseleg | Química | Química orgánica | Aldehídos y cetonas | (Introducción) (Estructura) (Nomenclatura) (Prioridades en funciones orgánicas) (Propiedades físicas) (Propiedades químicas) (Bioquímica) (Referencias)

 

Brown, W. H., Iverson, B. L., Anslyn, E. V, Foote, C. S., & Novak, B. M. (2018). Organic Chemistry (8th ed.). Cengage Learning.

Brown, W. H., & Poon, T. (2014). Introduction to Organic Chemistry (5th ed.). Wiley & Sons.

Chang, R. (2006). Chang’s “General Chemistry - Essential Concepts” (4th ed.). McGraw-Hill New York.

Chang, R. (2010). Chemistry (10th ed.). McGraw-Hill New York.

Chang, R., & Overby, J. (2011). General Chemistry,Th e Essential Concepts (11th ed.). McGraw-Hill New York.

Clayden, J., Greeves, N., & Warren, S. (2012). Organic Chemistry (2nd ed.). Oxford University Press.

McMurry, J. (2012). Organic Chemistry (8th ed.). Belmont, USA: Brooks/Cole.

Nelson, D. L., & Cox, M. M. (2018). Princípios de Bioquímica de Lehninger-7. Artmed Editora.

Timberlake, K. C. (2015). Chemistry An Introduction to General, Organic, and Biological Chemistry (15th ed.). USA: Pearson.

Timberlake, K. C., & Orgill, M. (2019). General, Organic, and Biological Chemistry (6th ed.). San Francisco: Pearson.

Zumdahl, S. S., Zumdahl, S. A., & DeCoste, D. J. (2018). Chemistry (10th ed.). Cengage Learning.

 

7. Bioquímica | 🍬 Aldehídos y cetonas | Joseleg

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Las cetonas son compuestos comunes en los organismos biológicos. La formación de compuestos orgánicos en la fotosíntesis se produce a través de la cetona ribulosa-1,5-bisfosfato. Muchos azúcares son cetonas, conocidas colectivamente como cetosas. La cetosa más conocida es la fructosa; existe como un hemicetal cíclico, que enmascara el grupo funcional cetona. La síntesis de ácidos grasos procede a través de cetonas. El acetoacetato es un intermediario en el ciclo de Krebs que libera energía de azúcares y carbohidratos (Nelson & Cox, 2018).

En medicina, la acetona, el acetoacetato y el beta-hidroxibutirato se denominan colectivamente cuerpos cetónicos, generados a partir de carbohidratos, ácidos grasos y aminoácidos en la mayoría de los vertebrados, incluidos los humanos. Los cuerpos cetónicos se elevan en la sangre (cetosis) después del ayuno, incluida una noche de sueño; tanto en la sangre como en la orina por inanición; en la hipoglucemia, por causas distintas al hiperinsulinismo; en varios errores congénitos del metabolismo, e inducidos intencionalmente a través de una dieta cetogénica, y en la cetoacidosis (generalmente debido a la diabetes mellitus). Aunque la cetoacidosis es característica de la diabetes tipo 1 descompensada o no tratada, la cetosis o incluso la cetoacidosis también pueden ocurrir en la diabetes tipo 2 en algunas circunstancias.

Algunos aldehídos son sustratos de las enzimas aldehído deshidrogenasa que metabolizan los aldehídos en el cuerpo, lo cual incluye los intermediarios de la ingesta de alcohol como el alcohol recreacional (Etanol → etanal → ácido etanóico) como del alcohol adulterado (metanol → metanal → ácido metanóico). Hay toxicidades asociadas con algunos aldehídos que están relacionados con enfermedades neurodegenerativas, enfermedades del corazón, algunos tipos de cáncer y la ingesta de ciertas sustancias que interactúan con enzimas hepáticas como la alcohol deshidrogenasa.

A pesar de lo anterior podemos decir claramente que en bioquímica la importancia más clara de los aldehídos y las cetonas es en los carbohidratos, cuestión que abordaremos en el capítulo correspondiente de bioquímica (Enlace →).

6. Propiedades químicas | 🍬 Aldehídos y cetonas | Joseleg

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Reacción con reactivos de Grignard

El tratamiento de formaldehído con un reactivo de Grignard seguido de hidrólisis da un alcohol primario. Un tratamiento similar de cualquier otro aldehído da un alcohol secundario. El tratamiento de una cetona da un alcohol terciario.

Reacción con reactivos de organolitio

Las reacciones de aldehídos y cetonas con reactivos de organolitio son similares a las de los reactivos de Grignard.

Reacción con aniones de alquinos terminales

El tratamiento de un aldehído o una cetona con la sal de metal alcalino de un alquino terminal seguido de hidrólisis da un alcohol alquinílico.

Reacción con HCN para formar cianohidrinas

Para los aldehídos y la mayoría de las cetonas alifáticas estéricamente libres, el equilibrio favorece la formación de la cianohidrina. Para las arilcetonas, el equilibrio favorece a los materiales de partida y se obtiene poca cianohidrina.

Hidratación

El grado de hidratación es mayor para los aldehídos que para las cetonas.

Adición de alcoholes para formar hemiacetales

Los hemiacetales son solo componentes menores de una mezcla en equilibrio de aldehído o cetona y alcohol, excepto cuando el -OH y el C-O son partes de la misma molécula y tienen cinco o seis componentes. puede formarse un anillo de miembros. La reacción es catalizada por ácido o base.

Oxidaciones

Las oxidaciones son quizás las propiedades químicas más importantes de los ácidos cetonas y ácidos carboxílicos cuando tomamos en cuenta las pruebas de Estado de Colombia saber 11. El grupo aldehído se encuentra entre los grupos funcionales que se oxidan con mayor facilidad. Los agentes oxidantes incluyen H2CrO4, KMnO4, Ag2O, reactivo de Tollens, H2O2, O2 y las condiciones de Pinnick (NaClO2, NaH2PO4 y 2-metil-2-buteno), o incluso ocurrir con enzimas biológicas como ocurre en nuestro hígado al oxidar etanal a ácido etanoico como uno de los pasos del metabolismo del etanol. De todos estos tal vez el más común en las pruebas saber 11 es la que se denomina reactivo de Tollens, ya que al oxidar el aldehído va a precipitar plata metálica generando lo que se denomina espejo de plata. esta prueba permite diferenciar a leído de una cetona pues la acetona no va a reaccionar con el reactivo de Tollens.

Reducción con hidruro metálico

Tanto el LiAlH4 como el NaBH4 son selectivos porque ninguno reduce los enlaces dobles o triples carbono-carbono aislados.

Reducción catalítica

La reducción catalítica del grupo carbonilo de un aldehído o una cetona a un grupo hidroxilo es simple de llevar a cabo y los rendimientos de los alcoholes son altos. Una desventaja de este método es que también se pueden reducir algunos otros grupos funcionales, incluidos los enlaces dobles y triples carbono-carbono.

Aminación reductora

Las cetonas o los aldehídos reaccionan con las aminas en presencia de un agente reductor adecuado, como NaBH3CN, para dar aminas sustituidas.

Reducción de Clemmensen

La reducción del grupo carbonilo de un aldehído o una cetona usando zinc amalgamado en presencia de ácido clorhídrico concentrado da un grupo metileno.

Reducción de Wolff-Kishner

La formación de una hidrazona seguida del tratamiento con una base (comúnmente KOH en dietilenglicol o terc-butóxido de potasio en dimetilsulfóxido) reduce el grupo carbonilo de un aldehído o una cetona a un grupo metileno.

5. Propiedades físicas | 🍬 Aldehídos y cetonas | Joseleg

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El oxígeno es más electronegativo que el carbono (3.5 frente a 2.5); por lo tanto, un doble enlace carbono-oxígeno es polar, teniendo el oxígeno una carga negativa parcial y el carbono una carga positiva parcial. Además, la estructura de resonancia que se muestra a la derecha enfatiza la reactividad del oxígeno del carbonilo como base de Lewis y el carbono del carbonilo como ácido de Lewis.

Los aldehídos y las cetonas son compuestos polares que participan en interacciones dipolo-dipolo en líquido puro. Tienen puntos de ebullición más altos que los compuestos no polares de peso molecular comparable aunque algo inferiores al de los alcoholes correspondientes.

Tabla 51. Comparación por masa molar homologable de un éter, alcano, aldehído, cetona, alcohol y un ácido carboxílico para el punto de ebullición.

De los compuestos enumerados en la tabla anterior, el éter dietílico y el pentano tienen los puntos de ebullición más bajos. El éter dietílico es una molécula polar, pero debido al impedimento estérico, solo existen interacciones dipolo-dipolo débiles entre sus moléculas. Tanto el butanal como la 2-butanona son moléculas polares y, debido a la atracción intermolecular entre sus grupos carbonilo, sus puntos de ebullición son más altos que los del pentano y el éter dietílico. Los alcoholes y los ácidos carboxílicos son moléculas polares que pueden asociarse mediante enlaces de hidrógeno, la interacción intermolecular más fuerte. Los puntos de ebullición del 1-butanol y el ácido propanoico son significativamente más altos que los del butanal y la 2-butanona, compuestos cuyas moléculas no pueden asociarse mediante puentes de hidrógeno.

Los átomos de oxígeno de los grupos carbonilo de los aldehídos y las cetonas actúan como aceptores de enlaces de hidrógeno con el agua; por lo tanto, los aldehídos y cetonas de bajo peso molecular son más solubles en agua que los compuestos no polares de peso molecular comparable.

Tabla 52. Propiedades físicas de algunos aldehídos y cetonas


4. Prioridad de los grupos funcionales orgánicos en nomenclaturas complejas | 🍬 Aldehídos y cetonas | Joseleg

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Es muy posible que hubiéramos tenido que nombrar sustancias orgánicas relativamente simples con un solo grupo funcional principal, sin embargo, muchas sustancias de interés biológico, es decir sustancias reales, poseen varios grupos funcionales ubicados simultáneamente en una cadena de carbonos, como la sustancia conocida como ácido Alfa cetoglutárico cuyo nombre sería ácido 2-oxopentanodioico.

4.1

Al nombrar compuestos que contienen más de un grupo funcional que podría indicarse mediante un sufijo, el sistema IUPAC ha establecido un orden de precedencia de funciones orgánicas:

 (oico)

            Ácido sulfónico

            Anhidridos

Esteres

Haluros de acilo

Amidas

Nitrilos

            Aldehídos (al con mayor prioridad, oxo con menor prioridad)

            Cetonas (ona con mayor prioridad, oxo con menor prioridad)

            Alcoholes (ol con mayor prioridad, hidroxi con menor prioridad)

            Aminas (amina con mayor prioridad, amino con menor prioridad)

                        Alquenos (amina con mayor prioridad, amino con menor prioridad)

                        Alquinos

                                    Alquilos (alcanos)

                                    Éteres (alcoxi)

                                    Haluros (halógenos)

Existen otras reglas, sin embargo, no son necesarias para el nivel de complejidad que manejamos en este curso introductorio.

3. Nomenclatura | 🍬 Aldehídos y cetonas | Joseleg

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Los aldehídos y cetonas contienen ambos el grupo carbonilo, un grupo en el que un átomo de carbono tiene un doble enlace con el oxígeno "O = C <". El grupo carbonilo de un aldehído está unido a un átomo de hidrógeno y un átomo de carbono (excepto el formaldehído, que es el único aldehído que lleva dos átomos de hidrógeno). La diferencia principal es que en los aldehídos el carbonilo está en una punta y en las cetonas el carbonilo se encuentra en un carbono secundario.

Aldehídos

Los aldehídos siempre van en las puntas o carbonos primarios y allí es donde comenzamos a contar, a menos que exista otro sustituyente con mayor precedencia, en otras palabras, el carbono con el doble enlace al oxígeno será el carbono 1, y a partir de allí ubicamos la cadena más larga. Esta cadena determina el nombre básico del aldehído.

El nombre se obtiene igual que con los alcoholes cambiando la terminación “ol” por la terminación “al”. En caso de presentarse ramificaciones, siempre que estas no tengan mayor precedencia, se cuenta el carbono del grupo carbonilo como 1, y de allí en adelante se siguen las reglas de los alcanos ramificados.

Recuerde Adicionalmente que la otra parte de la terminación del nombre (an, en, in) dependerá de si estamos trabajando con enlaces simples, dobles o triples en la cadena de carbonos principal.

Es importante señalar que, jamás se señala la posición 1, pues los aldehídos SIEMPRE son terminales y por lo tanto siempre se asume que son la posición 1. Para el caso específico del Etanal, si el carbono 2 tiene otro sustituyente, tampoco se señala su posición.

3.1

En las fórmulas anteriores tenemos a la izquierda al metanal, y a la izquierda al etanal.

3.2

3-clorobutanal.

Cabe destacar que por definición es imposible la existencia de un aldehído cíclico.

Cetonas

Las cetonas son compuestos en los que el grupo carbonilo se encuentra en el carbono 2 o en el penúltimo carbono, es decir, NUNCA en las puntas, porque, si estuvieran en las puntas se las denominaría aldehídos. Por esta razón, las cetonas si deben indicar la posición del carbono del cual se desprende el oxígeno en doble enlace al carbono. En los únicos casos en los que no se coloca localizador para el grupo carbonilo es en las cetonas de 3 y 4 carbonos “No existen cetonas de 1 o 2 carbonos, pues son aldehídos”.

Cetonas como grupo de mayor precedencia

Determinar la cadena más larga y continua, de carbonos que contenga el oxígeno en doble enlace. Esta cadena determina el nombre básico de la cetona. El nombre se construye igual que en los alcoholes pero se altera la terminación “ol” por “ona”.

3.3

2-butanona.

Cetona como sustituyente de precedencia secundaria

Cuando el oxígeno de doble enlace no es el sustituyente más importante se lo maneja con el indicador "oxo". Esto también sucede cuando tenemos aldehídos y cetonas en una misma molécula, allí el aldehído tiene precedencia sobre la cetona, en otras palabras, en la punta es más importante que en el cuerpo.

3.4

2-oxobutanal.

El sustituyente oxo se organiza en orden alfabético con respecto a otros sustituyentes como los grupos alquilo o los halógenos. Y del mismo modo, si se repite se siguen las reglas de cualquier otro sustituyente.

Cetonas cíclicas

Los grupos oxo “O=C<” unidos a entidades cíclicas se nombran empleando el sufijo “ona” en caso de que sean el sustituyente más importante, o el prefijo “oxo” en caso de que sea un sustituyente secundario.

3.5

Ciclohexanona.