Química Orgánica Esencial: Compuestos Carbonílicos, Glúcidos, Ácidos Carboxílicos y Lípidos

Aldehídos y Cetonas: Fundamentos y Reacciones Clave

Los aldehídos y las cetonas son compuestos orgánicos caracterizados por la presencia del grupo carbonilo (C=O). Este grupo posee una hibridación sp² (formado por un enlace sigma y un enlace pi) y es altamente polar.

Características Estructurales

• Aldehídos: Contienen un grupo carbonilo unido a un átomo de hidrógeno y un grupo alquilo (R).
• Cetonas: Contienen un grupo carbonilo unido a dos grupos alquilo (R).

Propiedades Físicas

• Interacciones Dipolo-Dipolo: Se deben a la polaridad del grupo carbonilo.
• Puntos de Fusión y Ebullición: Son mayores que los de los hidrocarburos de masa molecular similar, pero menores que los de los alcoholes.
• Solubilidad: Forman puentes de hidrógeno con el agua (H₂O), lo que les confiere cierta solubilidad. Sin embargo, la solubilidad disminuye a medida que aumenta la longitud de la cadena carbonada.

Reacciones de Identificación

• Test de Brady (2,4-Dinitrofenilhidrazina)

  Detecta la presencia de grupos carbonilo en compuestos orgánicos, formando un precipitado amarillo-naranja.

• Test de Tollens

  Identifica aldehídos (alifáticos y aromáticos), produciendo un precipitado de espejo de plata (de negro a gris).

• Test de Fehling

  Detecta aldehídos alifáticos, formando un precipitado rojo ladrillo debido a óxido cuproso.

• Test de Benedict

  Identifica aldehídos alifáticos de hasta 3 carbonos, con la formación de un precipitado rojo ladrillo.

Hidratos de Carbono: Estructura, Clasificación y Pruebas Bioquímicas

Los hidratos de carbono (o glúcidos) son aldehídos o cetonas polihidroxilados, con la fórmula general (CH₂O)_n.

Clasificación Principal

• Monosacáridos: No pueden hidrolizarse en unidades más pequeñas (ejemplos: glucosa, fructosa).
• Oligosacáridos: Por hidrólisis, producen de 2 a 10 unidades de azúcares unidas por enlace glicosídico. Los disacáridos son los más importantes (ejemplos: sacarosa, maltosa).
• Polisacáridos: Por hidrólisis, producen más de 10 unidades de azúcares. Suelen ser insolubles (ejemplo: amilosa).

Propiedades y Estructuras

• Solubilidad: Monosacáridos y disacáridos son solubles en agua (H₂O) debido a sus grupos carbonilo e hidroxilo (estructuras furanosa y piranosa). Son insolubles en alcohol y solventes no polares.
• Clasificación por Grupo Funcional:
  • Monosacáridos con función aldehído se denominan aldosas.
  • Monosacáridos con función cetónica se denominan cetosas.

• Estructura de Haworth

  Representa la estereoquímica de la forma cíclica de los azúcares (alfa y beta). Se forma por la introducción de un nuevo carbono asimétrico (anomérico) al pasar de la cadena abierta a la cerrada (C1 en aldosas, C2 en cetosas).

• Anómeros

  Son azúcares que se diferencian en la configuración de su carbono anomérico.

• Azúcares Reductores

  Son aquellos que pueden ser oxidados por reactivos como Tollens, Benedict o Fehling, debido a que están en equilibrio con su forma de cadena abierta.

• Glucósidos

  Son el resultado de la reacción entre las formas cíclicas de los azúcares y alcoholes.

• Enlace Glicosídico

  Es un enlace tipo éter formado entre el grupo hidroxilo de un azúcar y un alcohol. Su ruptura se produce por hidrólisis. Si los carbonos anoméricos forman el enlace glicosídico, el azúcar resultante es no reductor (ejemplo: sacarosa). Si el carbono anomérico está libre, el azúcar es reductor (ejemplo: maltosa).

Pruebas de Identificación de Carbohidratos

• Test de Molisch

  Detecta la presencia de hidratos de carbono, formando un anillo violeta.

• Test de Fehling

  Identifica azúcares reductores, produciendo un precipitado rojo ladrillo.

• Test de Barfoed

  Diferencia monosacáridos (reacción en 30 segundos - 5 minutos), disacáridos (6-15 minutos) y polisacáridos (no reaccionan al calentarlos por 15 minutos) según la velocidad de formación de un precipitado rojo ladrillo.

• Test de Seliwanoff

  Diferencia cetosas (reacción al calentarlas por 2 minutos: cetohexosas dan solución roja, cetopentosas dan solución verde) de aldosas (reacción en horas: aldohexosas dan anaranjado, aldopentosas dan verde limón).

Ácidos Carboxílicos: Estructura, Propiedades y Derivados

Los ácidos carboxílicos poseen el grupo carboxilo (-COOH), que consiste en un grupo carbonilo (C=O) y un grupo hidroxilo (-OH). No son alcoholes debido a la presencia del grupo carbonilo adyacente al hidroxilo.

Propiedades Físicas

• Puentes de Hidrógeno: Forman puentes de hidrógeno debido a la polaridad del grupo carboxilo, lo que les confiere puntos de ebullición superiores a los alcoholes de masa molecular similar.
• Polaridad y Solubilidad: El grupo carboxilo es polar, forma puentes de hidrógeno con el agua (H₂O). A mayor número de carbonos, menor solubilidad.
• Características según la Cadena:
  • Los primeros cuatro ácidos carboxílicos son líquidos volátiles, incoloros, con olores penetrantes y desagradables.
  • A partir del ácido decanoico (10 carbonos), son sólidos, inodoros, insípidos, cerosos y no volátiles.

Acidez

• Son donadores débiles de protones (ácidos débiles). Reaccionan con el agua (H₂O) para formar iones hidronio (H₃O⁺) e iones carboxilato (RCOO^-).
• Constante de Acidez (Ka): Típicamente alrededor de 10^-5. Son más ácidos que los alcoholes porque la carga negativa del ion carboxilato se deslocaliza en el enlace pi, estabilizándolo por resonancia.

Derivados de Ácidos Carboxílicos

Se forman cuando el grupo hidroxilo del ácido carboxílico es reemplazado:

• Halogenuro de Acilo: El -OH es reemplazado por un halógeno.
• Anhídrido Carboxílico: Se forma por la unión de dos grupos carboxilo con pérdida de agua.
• Amida: El -OH es reemplazado por un grupo amino.
• Éster: El -OH es reemplazado por un grupo alcoxilo.

Ésteres: Propiedades y Reacciones

• Propiedades Físicas: Son líquidos con puntos de ebullición inferiores a los ácidos carboxílicos de masa molecular similar. Generalmente poseen buen olor.
• Hidrólisis de Ésteres: Son fácilmente hidrolizables:
  • En medios ácidos: Producen un ácido carboxílico y un alcohol.
  • En medios básicos: Producen una sal de ácido carboxílico y un alcohol.

• Esterificación (Síntesis de Ésteres)

  Reacción entre un ácido carboxílico y un alcohol (primario o secundario), en presencia de un ácido mineral (catalizador) y calor.

• Saponificación

  Es la hidrólisis alcalina de un éster, utilizada en la fabricación de jabones. En esta reacción, la base actúa como un reactivo y el proceso es irreversible.

Lípidos: Diversidad, Estructura y Reacciones Bioquímicas

Los lípidos son un grupo heterogéneo de compuestos sin propiedades químicas o estructurales características comunes, pero con una propiedad física definitoria: son insolubles en agua (debido a su alto contenido de hidrocarburos) y solubles en solventes orgánicos no polares.

Clasificación y Estructura

• Ceras: Ésteres de un ácido carboxílico de cadena larga y un alcohol de cadena larga.
• Fosfolípidos: Ésteres mixtos de glicerol, donde al menos un grupo -OH está esterificado con un grupo fosfato.
• Esfingolípidos: Derivados del aminoalcohol esfingosina.

Triacilglicéridos (Grasas y Aceites)

• Aceites: Ricos en ácidos grasos insaturados (ejemplos: ácido oleico, ácido linoleico).
• Grasas: Ricos en ácidos grasos saturados (ejemplos: ácido esteárico, ácido palmítico).
• Hidrogenación: Proceso de adición de hidrógeno a los dobles enlaces de los ácidos grasos insaturados, transformándolos en grasas saturadas.

Reacciones de Identificación y Transformación

• Reacción con Bromo

  Se utiliza una solución de bromo en tetracloruro de carbono (CCl₄) o diclorometano (CH₂Cl₂) al 2% p/v. Detecta insaturaciones (dobles o triples enlaces) en compuestos orgánicos. La decoloración del bromo indica la presencia de insaturaciones. (Se realiza un blanco con el lípido para confirmar que la decoloración se debe a la reacción y no a la ausencia de lípido).

• Saponificación de Lípidos

  La hidrólisis de grasas o aceites con hidróxido de sodio acuoso (saponificación) produce glicerol y tres sales de ácidos grasos (jabón). El jabón es una mezcla de sales de sodio y potasio de ácidos carboxílicos de cadena larga.