BackAldehídos y Cetonas: Estructura, Nomenclatura, Propiedades y Reacciones
Study Guide - Smart Notes
Tailored notes based on your materials, expanded with key definitions, examples, and context.
Aldehídos y Cetonas
Introducción a los Compuestos Carbonílicos
Los aldehídos y cetonas son compuestos orgánicos que contienen el grupo funcional carbonilo (C=O). Los aldehídos tienen la estructura general RCHO, mientras que las cetonas presentan RCOR'. Estos compuestos pueden ser alifáticos o aromáticos dependiendo de la naturaleza de los grupos R y R'.
Estructura del Grupo Carbonilo
El carbono del grupo carbonilo está hibridado sp2, formando enlaces sigma coplanares a 120° y un enlace pi con el oxígeno. El enlace C=O es más corto, fuerte y polar que el doble enlace C=C de los alquenos, lo que le confiere una alta reactividad química.
Longitud de enlace C=O (cetona): 1.23 Å
Energía de enlace C=O (cetona): 745 kJ/mol (178 kcal/mol)
Longitud de enlace C=C (alqueno): 1.34 Å
Energía de enlace C=C (alqueno): 611 kJ/mol (146 kcal/mol)
La estructura resonante mayoritaria del grupo carbonilo es la neutra, aunque existe una contribución menor de la forma con carga separada.
El grupo carbonilo es altamente polar debido a la diferencia de electronegatividad entre el carbono y el oxígeno, generando un momento dipolar significativo.
La polarización del enlace C=O hace que el carbono sea un centro electrófilo (δ+) y el oxígeno un centro nucleofílico (δ-).
Clases de Compuestos Carbonílicos
Existen varias clases de compuestos que contienen el grupo carbonilo, entre ellos:
Clase | Fórmula general | Clase | Fórmula general |
|---|---|---|---|
Cetonas | R-CO-R' | Aldehídos | R-CO-H |
Ácidos carboxílicos | R-CO-OH | Cloruros de ácido | R-CO-Cl |
Ésteres | R-CO-OR' | Amidas | R-CO-NH2 |
Nomenclatura de Aldehídos y Cetonas
Nomenclatura IUPAC
Aldehídos: Se nombra la cadena principal con el sufijo -al. El carbono del grupo -CHO es siempre el número 1. Si está unido a un anillo, se usa el sufijo -carbaldehído.
Cetonas: Se nombra la cadena principal con el sufijo -ona, indicando la posición del grupo carbonilo con el número más bajo posible. En cetonas cíclicas, el carbono del carbonilo es siempre el número 1.
Cuando el grupo carbonilo es un sustituyente, se usa el prefijo oxo- para cetonas y formil- para aldehídos.
Nombres Comunes
Los nombres comunes de los aldehídos derivan del ácido carboxílico correspondiente, cambiando el sufijo -ico por -aldehído. Para cetonas, se nombran los grupos alquilo unidos al carbonilo seguidos de la palabra cetona.
Propiedades Físicas de Aldehídos y Cetonas
Puntos de Ebullición y Solubilidad
Los aldehídos y cetonas tienen puntos de ebullición más altos que los alcanos y éteres de masa similar debido a interacciones dipolo-dipolo, pero menores que los alcoholes porque no forman puentes de hidrógeno intermoleculares.
Son buenos solventes para alcoholes y pueden aceptar puentes de hidrógeno a través del oxígeno del carbonilo.
Los compuestos de bajo peso molecular (como acetona y acetaldehído) son miscibles en agua.
Ejemplo comparativo de puntos de ebullición:
Síntesis de Aldehídos y Cetonas
Oxidación de Alcoholes
La oxidación de alcoholes primarios produce aldehídos (usando PCC para evitar la sobreoxidación).
La oxidación de alcoholes secundarios produce cetonas (usando Na2Cr2O7 o KMnO4).
Ozonólisis de Alquenos
La ozonólisis de alquenos produce aldehídos y cetonas tras la ruptura del doble enlace y tratamiento con un agente reductor.
Acilación de Friedel-Crafts
La acilación de Friedel-Crafts permite sintetizar cetonas aromáticas a partir de benceno y cloruros de acilo en presencia de AlCl3.
Síntesis de Gatterman-Koch
Permite la formilación de benceno y derivados usando CO, HCl y catalizadores metálicos, obteniendo aldehídos aromáticos.
Hidratación de Alquinos
La hidratación catalizada por ácidos y sales de mercurio de alquinos terminales produce aldehídos o cetonas.
Síntesis con 1,3-Ditiano
El 1,3-ditiano puede ser alquilado y posteriormente hidrolizado para obtener aldehídos o cetonas, dependiendo del número de hidrógenos removidos.
Síntesis de Cetonas a partir de Carboxilatos
Los compuestos de organolitio atacan carboxilatos, generando cetonas tras hidrólisis ácida.
Propiedades Químicas: Reacciones de Adición Nucleofílica
Mecanismo General
Un nucleófilo ataca el carbono del carbonilo, generando un ion alcóxido que se protona para formar el producto de adición. Los aldehídos son más reactivos que las cetonas debido a menor impedimento estérico y menor donación electrónica.
Adición de Agua
En medio ácido o básico, el agua o el ion hidróxido adicionan al carbonilo formando dioles geminales (hidratos). El equilibrio favorece más a los hidratos en aldehídos que en cetonas.
Adición de Alcoholes: Formación de Hemiacetales y Acetales
La adición de alcoholes a aldehídos o cetonas, catalizada por ácido, produce hemiacetales y posteriormente acetales. Los acetales cíclicos son comunes en azúcares.
Adición de HCN: Formación de Cianohidrinas
La adición de HCN a aldehídos y cetonas produce cianohidrinas, compuestos útiles en síntesis orgánica.
Adición de Aminas: Formación de Iminas y Derivados
La adición de amoníaco o aminas primarias al carbonilo, seguida de eliminación de agua, produce iminas (bases de Schiff). El pH óptimo para la reacción es alrededor de 4.5.
Ejemplo de toxicidad: El acetaminofén puede ser oxidado a una imina de benzoquinona, tóxica para el hígado.
Otras Condensaciones: Formación de Oximas, Hidrazonas y Derivados
El grupo carbonilo puede reaccionar con hidroxilamina, hidrazina y sus derivados para formar oximas, hidrazonas, fenilhidrazonas y semicarbazonas.
Reacción de Wittig
La reacción de Wittig convierte el grupo carbonilo en un nuevo doble enlace C=C, permitiendo la síntesis de alquenos a partir de aldehídos o cetonas.
Oxidación y Reducción de Aldehídos y Cetonas
Oxidación de Aldehídos
Los aldehídos se oxidan fácilmente a ácidos carboxílicos usando agentes como permanganato, dicromato o reactivo de Tollens.
Reducción de Grupos Carbonilo
El borohidruro de sodio (NaBH4) reduce selectivamente aldehídos y cetonas a alcoholes. El hidruro de litio y aluminio (LiAlH4) es más fuerte y reduce también ésteres y ácidos carboxílicos.
Desoxigenación: Reducción de Clemmensen y Wolff-Kishner
La reducción de Clemmensen (Zn(Hg)/HCl) y la de Wolff-Kishner (hidrazina/KOH) convierten grupos carbonilo en grupos metileno (CH2).
Tautomería Ceto-Enólica
Los aldehídos y cetonas pueden existir en equilibrio con sus formas enólicas (tautomería ceto-enólica). El equilibrio favorece fuertemente la forma ceto, pero la forma enólica es importante en reacciones de alquilación y condensación.
Los tautómeros son isómeros constitucionales que se interconvierten por migración de un átomo de hidrógeno y un doble enlace.
No son formas resonantes, sino compuestos diferentes.
Bibliografía recomendada: Wade Jr. L. G. (2012). Química Orgánica. Séptima Edición. Vol. 2. Pearson Educación. Capítulo 18.
