Química orgánica funcional

Química orgánica – bases teóricasLa química orgánica es la química de los compuestos de carbono. Se ve normalmente como materiaaparte debido a la gran variedad de compuestos que puede formar este elemento. Se conocen variosmillones de compuestos orgánicos frente a unos pocos cientos de miles de compuestos inorgánicos.

Esta gran variedad de compuestos se debe a la gran capacidad del carbono para unirse a otros átomosde carbono y otros no-metales por enlaces covalentes. Recordamos que pertenece al grupo cuatro ysu valencia será por lo tanto de 4. Siempre tendrá 4 enlaces.

Estos enlaces pueden ser simples, dobles y triples. Según el tipo de enlaces que forma el carbonotiene diferentes geometrías.

Tipos de enlaces 4 enlaces simples 1 enlace doble, 2enlaces simple

1 enlace triple, 1enlace simple

2 enlaces dobles

Fórmula general

Forma geométrica Tridimensional:Centro de untetraedro

Planar: Centro deun triánguloequilateral

Lineal Lineal

Ángulos

Ejemplos Alcanos(metano,...)

Alquenos (eteno,…)

Alquinos (acetileno,…)

Allenos(propadieno, ...)

Los átomos enlazados por un enlace simple pueden rotar libremente mientras que los átomosenlazados por un enlace doble

Las fórmulas orgánicasComo en química orgánica se trata de sustancias covalentes es muy importante la conexión que hayentre los átomos ya que para una misma fórmula molecular pueden existir miles de compuestos conpropiedades completamente diferentes que sólo se diferencian por la manera cómo están unidos losátomos. Estas sustancias que tienen la misma composición pero diferente estructura se llamanisómeros.

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Como todas las sustancias orgánicas contienen carbono y prácticamente todas tienen ademáscantidades grandes de hidrógeno a menudo se usan formas abreviadas de la estructura de Lewis paradibujar la estructura de las sustancias orgánicas. En esta forma abreviada se siguen usando líneas parasimbolizar los pares de electrones de los enlaces pero se omiten los símbolos de los átomos decarbono. Sólo se notan como “esquinas” en la estructura. Sabiendo además que cada carbono tienevalencia 4 se omiten todos los hidrógenos y los enlaces hacia ellos. Por ello las siguientes estructurasson equivalentes:

Todas ellas corresponden a la fórmula molecular C6H14. La molécula es el hexano, un alcano queveremos en los próximos capítulos.

HidrocarburosLos hidrocarburos son sustancias que se componen sólo de carbono e hidrógeno. Si el carbono tienesólo enlaces simples forma el centro de un tetraedro. Los cuatro enlaces apuntan en las direcciones delas puntas del tetraedro. Los átomos o grupos enlazados por un enlace simple pueden rotar por elenlace.

Illustration 1: El carbono (oscuro) rodeado enforma tatraédrica. (wikipedia)

Ya que el carbono es capaz de formar no sólo enlaces simples sino también enlaces dobles y triplescon otros carbonos. Según el tipo de enlaces y la forma que tienen los compuestos diferenciamosvarias clases:

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AlcanosEn los alcanos los carbonos están enlazados sólo por enlaces simples formando cadenas que puedenser bifurcadas. La fórmula general de los alcanos es CnH2n+2. Algunos de los más importantes son:

Alcano Fórmula

Estructura Características Usos

Metano CH4 Ebullición: -161,5 °CFusión: -182 °CExplosivo: 4,4 – 16,5 % en airePresente en: Gas natural; biogas

- combustible- materia prima en la industria química

Etano C2H6 Ebullición: -89 °CFusión: - 183 °CExplosivo: 2,7 – 15,5 % en airePresente en: Gas natural; biogasToxicología: narcótico

- combustible- materia prima en la industria química- refrigerante (R170)

Propano C3H8 Ebullición: --42 °CFusión: - 188 °CExplosivo: 1,9 – 9,3 % en airePresente en: Gas natural; petroleo

- combustible- materia prima en la industria química- refrigerante (R290)- propulsor de aerosoles

Butano C4H10 Ebullición: - 42 °CFusión: - 188 °CExplosivo: 1,4 – 9,3 % en airePresente en: PetroleoToxicología: narcótico

- combustible- aditivo de la gasolina en invierno- materia prima en la industria química- refrigerante (R600a = iso-butano)- propulsor de aerosoles

Pentano C5H12 Ebullición: 35 °CFusión: - 130 °CExplosivo: 1,4 – 7,8 % en airePresente en: PetroleoToxicología: narcótico

- disolvente- combustible (parte de la gasolina)- refrigerante (R601)- fabricación de espumas (poliestirenoexpandido)

Hexano C6H14 Ebullición: 68,8 °CFusión: - 95,4 °CExplosivo: 1,0 – 8,9 % en airePresente en: PetroleoToxicología: narcótico;neurotóxico, adictivo

- disolvente- materia prima en la industria química- combustible

Hemos visto en la tabla los nombres de los alcanos hasta 6 átomos en una cadena. Con 7 átomostendríamos el heptano (C7H16), con 8 el octano (C8H18), con 9 el nonano (C9H20), con 10 el decano(C11,H22), con 11 el undecano (C11H24), con 12 el dodecano (C12H14) etc. Según la masa molar y la forma de las moléculas existen alcanos gaseosos, líquidos y sólidos. Punto deebullición y punto de fusión aumentan con el peso molecular ya que las fuerzas intermoleculares sondel tipo van der Waals y estas aumentan con el número de electrones presentes. En el siguientediagrama vemos la variación de temperatura de ebullición y fusión de los alcanos de cadena sin

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ramificar en función del número de átomos de carbono.

En general el punto de fusión de los alcanos con un número impar tienen los puntos de fusión másbajo que los con un número par de átomos de carbono. Ello se debe a que las cadenas con númeropar se pueden empaquetar más fácilmente que las cadenas con número impar de átomos.Si las cadenas son bifurcadas puntos de ebullición y punto de ebullición cambian. Generalmente elpunto de fusión aumenta cuando la forma de la molécula es simétrica y se acerca a una forma esféricamientras que el punto de ebullición disminuye. La bajada del punto de ebullición se debe a que elcontacto con las demás moléculas disminuye y con ello las fuerzas de van der Waals. El punto defusión aumenta por el empaquetamiento más fácil entre esferas y moléculas simétricas que entrecadenas.Debido a su carácter apolar los alcanos no son miscibles con el agua. Se conocen como hidrofóbicos olipofílicos. Los alcanos líquidos pueden ser usados para extraer compuestos orgánicos de fasesacuosas. Con los compuestos orgánicos adecuados incluso se pueden extraer metales. Por coste sesuelen usar fracciones sacadas de la destilación del petroleo con un punto de ebullición adecuado. El“adecuado” punto de ebullición para estas aplicaciones suele ser lo bastante elevado como para noformar mezclas explosivas con el aire a temperatura ambiente pero lo suficientemente bajo parapoder evaporarlo en caso de necesidad. Por ello se suelen usar mezclas parecidas al diesel oqueroseno.

AlquenosLos alquenos son hidrocarburos con al menos un enlace doble entre dos carbonos. El alqueno mássimple es el eteno (H2C=CH2). Es producto de partida para la síntesis de muchos productos que usamosen la vida cotidiana desde las bolsas de plástico (hechos de polietileno = (-CH2-CH2-)n) hasta algunosdetergentes que contienen poliéteres (-O-CH2-CH2-O-)n. El eteno antiguamente también se llamaba“etileno”. El siguiente alqueno más complejo es el propeno o propileno (H3C-CH=CH2). De ello se hacepor ejemplo el polipropileno – un plástico presente por ejemplo en depósitos industriales o en algunasalfombras con fórmula general (-CH2-CH(CH3)-)n. También se usa como producto de partida en la

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industria química para la síntesis de iso-propanol, acetona etc.

Con estos ejemplos ya vemos que el nombre de los alquenos deriva del nombre de los alcanos con elmismo número de átomos cambiando el sufijo “...ano” en “...eno”.

El doble enlace es mucho mas reactivo que los enlaces simples en los alcanos. Por ejemplo se puedeañadir hidrógeno en presencia de un catalizador formando alcanos:

R-CH=CH2 + H2 → R-CH2-CH3

Después de la adición el alcano ya no sigue reaccionando. Parece que el compueso se ha “saturado”de hidrógeno. Por ello un doble enlace también se llama una insaturación y los alquenos “compuestosinsaturados” mientras que los alcanos se conocen como “compuestos saturados”.

Algunas de las reacciones típicas de los alquenos son:

- adición de halógenos (p.ej.: H2C=CH2 + Br2 → BrH2C-CH2Br)

- polimerización

- oxidación a dioles p.ej. con permanganato o tetraóxido de osmio (p.ej. 5 H2C=CH2 + 2 MnO4- + 10 H+

→ 5 HOH2C-CH2OH + 2 Mn2+ + H2O; la descoloración de una disolución ácida de permanganato(violeta) a Mn2+ (incoloro) es una prueba analítica para la determinación cualitativa de alquenos)

- adición de agua o alcoholes en presencia de un catalizador para formar alcoholes o éteresrespectivamente (p.ej.: H2C=CH2 + R-OH → H3C-CH2-O-R)

- formación de epóxidos (éteres cíclicos de 3 eslabones por oxidación en presencia de un catalizador

((p.ej.: H2C=CH2 + [O] → ). Los epóxidos a su ve son precursores de una gran variedad de

compuestos desde plásticos a detergentes.

Los alquenos más simples se suelen obtener por procesos de “cracking” a partir del petroleo y de susderivados. El “cracking” es un tratamiento térmico del petroleo. En este tratamiento térmico lascadenas largas se fraccionan en cadenas mas cortas. Al menos uno de los fragmentos suele ser unalqueno ya que no hay suficiente hidrógeno para que todos sean saturados. La reacción es enprincipio la reacción inversa de la polimerización.

También se pueden conseguir calentando alcanos en presencia de un catalizador liberando hidrógeno.Esta reacción sería la inversión de la reacción de hidrogenación.

Los alquenos también son accesible a partir de los alcoholes mediante reacciones de deshidratación.Así el etileno en el laboratorio se puede obtener calentando etanol (un alcohol) en presencia de ácidosulfúrico. Se trata de la inversión de la reacción de adición que fue descrita anteriormente.

Para alquenos más complejos se han desarrollado reacciones más específicas como la eliminación deHX de haloalcanos con bases fuertes y otras.

AlquinosEn los alquinos hay al menos 2 átomos de carbono unidos por un enlace triple C-C. El alquino mássimple y más importante es el etino o acetileno H-C≡C-H. El siguiente sería el propino (H3C-C≡CH).

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Vemos que el nombre del alquino es el mismo que el del alcano con el mismo número de átomos perocambiando el sufijo ...ano a ...ino.

Mientras que la formación de los demás hidrocarburos a partir de los elementos suele ser exotérmicala formación del acetileno es endotérmico. Ello significa que el acetileno puede descomponerse enuna reacción violenta en los elementos. Para evitarlo no se debe comprimir a altas presiones. En lasbotellas de acetileno el acetileno gas se almacena en un disolución en acetona a presionesrelativamente bajas. De esta disolución el acetileno sale si abrimos la botella de manera parecida aldióxido de carbono cuando abrimos una botella de agua con gas. Por ello las botellas de acetileno nopueden usarse tumbadas.

También explica por qué el acetileno se emplea como comburente en soldaduras: al ser un compuesto“endotérmico” libera en su combustión no sólo la energía que hubiesen liberado los elementos sinoademás la energía que era necesaria para su formación.

2 C2H2 + 5 O2 → 4 CO2 + 2 H2O

El acetileno no se suele sintetizar a partir de los elementos sino se utilizan otras vías. La vía clásica espasando por el carburo de calcio (CaC2). Este se obtiene a partir de carbonato de calcio y carbón en unarco eléctrico a altas temperaturas:

2 CaCO3 + 3 C → 3 CO2 + CaC2

El acetileno se genera en la reacción del carburo con agua:

CaC2 + 2 H2O → Ca(OH)2 + H-C≡C-H

Hoy en día se genera la mayor parte del acetileno a partir de gas natural. Este gas se quema a altastemperaturas (alrededor de 1.400 °C) en mezcla con cantidades estequiométricas de oxígeno. La llamase enfría rápidamente con aceite. Así se congela el equilibrio obteniendo los productos endotérmicos.A temperaturas más bajas se conseguiría sobre todo hollín (una forma de carbono) e hidrógeno gas.

4 CH4 + 3 O2 → 2 C2H2 + 6 H2O

C2H2 ⇄ 2 C + H2

Los demás alquinos suelen tener menor importancia. A menudo se obtienen por síntesis especiales.

El triple enlace C≡C es aún más reactivo que el enlace doble. Muchas de las reacciones que se dan conel enlace doble se dan también aún mas fácilmente con el enlace triple. Así se puede adicionar agua:

H-C≡C-H + H2O → [H2C=CH-OH] → H3C-CH=O

El primer producto formado, el alcohol vinílico, no es estable sino se reagrupa formando acetaldehido.

También se puede hidrogenar. Según el catalizador empleado se obtiene como producto final elalqueno o al alcano correspondiente:

H-C≡C-H + 2 H2 → H2C=CH2 + H2 → H3C-CH3

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AromáticosLos sistemas “aromáticos” deben su nombre al olor característico de sus representantes mas simplesfrente a los alcanos que casi no tienen olor. Lo característico de todos los sistemas aromáticos es quese trata de moléculas cíclicas con alteraciones de enlaces simples y dobles. Además se tiene que tratarde sistemas planos. Esto permite que enlaces dobles y enlaces simples cambien su lugar sin cambiar laestructura de la sustancia. Dos estructuras que pueden intercambiarse por simple desplazamiento deenlaces se llaman “estructuras resonantes” o “estructuras mesoméricas”. La mesomería ayuda aestabilizar un sistama. Cuantas más formas mesoméricas se pueden formular más estabilidad relativasuele tener. Así los sistemas aromáticos con mesomería son mas estables de lo que sería una moléculacon tres enlaces dobles aisladas o en cadena abierta que no permite la mesomería. Para indicar dosformas mesoméricas se suele indicar una flecha con doble punta. Para indicar que la “verdadera”estructura es un intermedio entre las dos formas mesoméricas a menudo también se escribe elsistema con un anillo en vez de los enlaces dobles.El sistema aromático más conocido es el benceno (C6H6):

Además

Los grupos funcionales

Los hidrocarburos halogenadosLos hidrocarburos halogenados presentan un enlace carbono – halógeno. Por su reactividad tenemosque distinguir entre los hidrocarburos alifaticos halogenados y los hidrocarburos aromáticoshalogenados. Todos presentan enlaces C-X con X = F, Cl, Br, I. Como casi siempre el fluor ocupa unlugar especial. El enlace C-F es especialmente fuerte debido al tamaño parecido de los dos elementos.Por ello los compuestos con enlace C-F son muy poco reactivos.

ObtenciónHay diferentes manera de obtener los hidrocarburos halogenados. Para los derivados del metano sesuele usar la sustitución radicalaria. En esta reacción se hace reaccionar una mezcla del alcano con elhalógeno (cloro o bromo). Por irradiación o elevada temperatura se induce la ruptura de un enlacehalógeno-halógeno. Se forman así dos radicales (moléculas con electrones sin par). Estos radicalesreaccionan con el metano formando el compuesto HX (X = Cl o Br) correspondiente y un radical metiloH3C. Este radical metilo puede atacar a su vez una molécula de halógeno X2 formando el el haluro demetilo H3CX además de un radical de halógeno. Con este se puede re-iniciar la cadena de sustitución.Termina si se encuentran dos radicales que pueden combinarse.

La reacción no termina con una sustitución sino según las condiciones de reacción pueden sustituirsetodos los hidrógenos presentes.

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Illustration 2: diferentes manera de escribir la estructura del benceno.Izquierda: formas mesoméricas; Derecha: indicación de la aromaticidad

En el caso del cloro y del metano se obtienen así:

- H3CCl = clorometano o cloruro de metilo

- H2CCl2 = diclorometano o cloruro de metileno

- HCCl3 = triclorometano o cloroformo

- CCl4 = tetraclorometano

La reacción de formación del clorometano sería:

Mientras que la reacción de los alcanos con los halógenos requiere una elevada energía de activaciónla reacción de los alquenos con los halógenos es espontánea. Se produce una reacción de adición queda dihalocompuestos. La reacción del bromo con el eteno por ejemplo da el 1,2-dibromoetano:

H2C=CH2 + Br2 → Br-CH2-CH2-Br

Los haloalcanos también se obtienen a partir de alcoholes y hidrácido por una reacción de sustituciónliberando agua:

R-OH + H-X → R-X + H2O

En los hidrocarburos aromáticos se pueden introducir los halógenos con una reacción catalizada porejemplo por hierro. El mecanismo es el de una “sustitución electrofílica”.

PropiedadesLos hidrocarburos halogenados son sustancias polares. Por ello son algo mas solubles en agua que loshidrocarburos correspondientes. Sin embargo no tienen muy buena miscibilidad ya que ni pueden

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aceptar ni dar puentes de hidrógeno y se suelen acumular en los tejidos grasos si llegan a lanaturaleza.

En la naturaleza los hidrocarburos halogenados no son muy abundantes en los sistemas biológicos. Enel ser humano practicamente el unico compuesto halogenado es la tirosina – una hormona fabricadapor los tiroides que tiene un enlace C-I. Por la escasez los metabolismos de los seres vivos no suelentener mecanismos específicos para degradar los hidrocarburos halogenados. Ello hace que tienengeneralmente mala biodegradabilidad. Muchos alcanos halogenados y algunos aromáticos tienenpotencial cancerígeno.

Los haloalcanos en general son menos inflamables que los hidrocarburos. El cloruro de metileno esdifícil de inflamar y el clorofomo no se inflama en absoluto. El efecto es aún mayor con

UsosEl cloroformo se usó como anestésico. Muchos alcanos halogenados líquidos son buenos disolventes.Se empleaban por ejemplo en tintorerías de lavado en seco. Sin embargo el uso se restringe cada vezmas debido a su posible toxicidad y problemas medioambientales.

El cloruro de vinilo (= cloroeteno; H2C=CHCl) es el compuesto del cual se obtiene la PVC (cloruro depolivinilo). Es un compuesto con efectos adictivos y cancerígenos.

Los compuestos halogenados también son importantes intermedios en reacciones de síntesisorgánico.

El fluor a veces se introduce en las estructuras bioactivas para mejorar su comportamiento comomedicamento.

Uno de los fluoruros orgánicos más usados en la vida cotidiana es el teflón (PTFE =politetrafluoretileno = -(F2C-CF2)n-) debido a su elevada resistencia al calor y su baja adhesión conotros materiales.

Las funciones oxigenadas

Los alcoholes

Los alcoholes son compuestos que tienen un grupo -OH unido a un carbono con 4 enlaces simples. Elnombre del alcohol deriva del hidrocarburo correspondiente y lleva como distintivo el sufijo ...ol.

Por la posibilidad del grupo -OH de formar puentes de hidrógeno los alcoholes tienen mejormiscibilidad con al agua que los alcanos. Los alcoholes más simples, el metanol y el etanol También supunto de fusión y de ebullición son mayores.

ObtenciónExisten diversos procesos de obtención de alcoholes. Antiguamente el metanol se obtenía casiexclusivamente por destilación de la madera. En este proceso también se obtiene carbón vegetalcomo residuo además de alquitran y otros productos orgánicos. Hoy en día se puede formar a partirde una mezcla de monóxido de carbono e hidrógeno en presencia de un catalizador:

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El método clásico de obtención de etanol es la fermentación de azúcar (sacarosa = C12H22O11) a etanoly dióxido de carbono por encimas de la levadura:

C6H12O6 → 2 CO2 + 2 C2H5OH

Una variante de este proceso se utiliza también para obtener el pentanol:

Hoy en día los procesos industriales se basan normalmente en subproductos del petroleo o del gasnatural:

oxidación catalítica de alcanos:

ejemplo metanol: 2 CH4 + O2 → 2 H3COH

adición de agua a alquenos:

ejemplo etanol: H2C=CH2 + H2O → H3C-CH2OH

Oxidación catalítica de los alquenos a polioles:

ejemplo glicol: H2C=CH2 + H2O2 → HOH2C-CH2OH

Reducción de ésteres de ácidos grasos:

R-CO2-R' + 4 [H]→ R-CH2-O-H + H-O-R'

PropiedadesPor su grupo OH los alcoholes pueden dar y aceptar puentes de hidrógeno. Por ello los alcoholes conrestos orgánicos pequeños (metanol, etanol) son miscibles con el agua. A partir del propanol lamiscibilidad es sólo parcial.

UsosSegún el tipo de alcohol el uso es muy variable. En los últimos años se emplean cantidades crecientescomo combustible. En Brasil por ejemplo se añade una cierta cantidad de bio-etanol a la gasolina.

El metanol se utiliza en la obtención de biodiesel a partir de grasa. También hay proyectos deinvestigación para usar el metanol en celdas electroquímicas e usarlo directamente en la obtención deenergía eléctrica.

Los aldehidos

Si oxidamos un alcohol que tiene el grupo OH unido a un carbono primario en condiciones suaves elalcohol se convierte en aldehido:

R-CH2OH + [O] → H2O + R-CH(=O)

Regla: En una oxidación en química orgánica normalmente se produce una ganancia de oxígeno o unapérdida de hidrógeno por parte de la sustancia oxidada.

ObtenciónLos aldehidos pueden obtenerse por oxidación de los alcoholes primarios correspondientes con un

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oxidante suave. En el laboratorio el metanal o formaldehido H2C=O por ejemplo se puede sintetizar apartir de metanol y óxido de cobre(II):

H3C-OH + CuO → H2O + Cu + H2C=O

PropiedadesLos aldehidos son compuestos volátiles ya que entre ellos no pueden formar puentes de hidrógeno.Pueden ser oxidados para obtener ácidos carboxílicos o pueden ser reducidos a alcoholes.

La posición del grupo carbonilo al final de la molécula hace que esta sea muy polar y pueda aceptarpuentes de hidrógeno. Por ello los aldehidos con grupos orgánicos pequeños son miscibles con elagua.

UsosUno de los aldehidos mas usados es el formaldehido o metanal (H2C=O). Es producto de partida demuchos plásticos, entre ellos la melamina y la bakelita.

Los aldehidos además son productos de partida de otras clases de sustancias como iminas, oximas etc.

Las aldosas son un tipo de azúcares que presentan un grupo aldehido.

Las cetonas

Si se oxida un alcohol secundario en vez de un alcohol primario se obtiene una cetona:

R2CHOH + [O] → H2O + R-C(=O)-R

En contra de lo que pasa con los aldehidos en las cetonas ya no hay ningún hidrógeno unido alcarbono del grupo carbonilo (C=O). Por ello las cetonas son más estables frente a la oxidación que losaldehidos. ObtenciónLas cetonas se pueden obtener por oxidación de los alcoholes secundarios. También son productos dela temólisis de sales de ácidos carboxílicos. Para algunas cetonas como la acetona se han desarrolladoprocesos especiales debido a su importancia industrial.

Las cetonas con un grupo aromático pueden obtenerse a partir de hidrocarburo aromático y underivado de un ácido carbónico en presencia de un ácido de Lewis:

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PropiedadesEl grupo C=O es un grupo polar con capacidad de aceptar puentes de hidrógeno. Por ello las cetonassimples como la acetona son miscibles con el agua. Su punto de ebullición sin embargo es mas bajoque el de los alcoholes correspondientes ya que entre las moléculas de las cetonas no hay posibilidadde formación de puentes de hidrógeno.

Las cetonas son mucho mas resistentes a la oxidación que los aldehidos. Sólo se pueden oxidar encondiciones muy drásticas rompiendo enlaces C-C. Sin embargo las cetonas pueden ser reducidas a losalcoholes o hidrocarburos correspondientes.

UsosLa acetona es la cetona mas común y se utiliza tanto como disolvente como producto de partida parala síntesis de diversos productos orgánicos. Lo mismo pasa con otras cetonas simples como la metil-etil-cetona (MEK = H3C-C(=O)-CH2-CH3).

Como se trata de un grupo de sustancias muy amplio encontramos en ello encontramos diversoscompuestos desde fármacos (p.ej. Ketoprofeno), compuestos biológicos como algunos azúcares ointermedios en síntesis de compuestos orgánicos como la ciclohexanona.

Los ácidos carboxílicos

Los ácidos carboxílicos contienen el grupo -CO2H – también llamado grupo carboxílico. El grupocarboxílico -CO2H siempre se encuentra al final de una cadena o ramificación o como grupo funcionalen un sistema aromático. Se trata de compuestos ampliamente presentes en la naturaleza. Formanparte de todos los seres vivos en aminoácidos, ácido cítrico del ciclo de Krebs etc. Muchos ácidoscarbónicos tienen “nombres triviales” que hacen referencia a su presencia en la naturaleza. El ácidometanóico (H-CO2H) se llama también ácido fórmico porque antiguamente se obtenía a partir de lashormidas. El ácido etanóico (H3C-CO2H) es mas conocido como ácido acético por el nombre del vinagreen latín del cual se aislaba. Formalmente podemos ver los ácidos carboxílicos como productos de oxidación de los aldehidos:

R-CH(=O) + [O] → R-C(=O)-O-H

Los ácidos carboxílicos son ácidos débiles. Pierden el hidrógeno unido a oxígeno en entornos básicos.

Obtención Los ácidos carboxílicos se pueden obtener por oxidación de alcoholes primarios o aldehidos. El ácidoacético por ejemplo se forma a partir del etanol si dejamos el vino entrar en contacto con el aire. Elácido acético es el responsable del sabor ácido del vinagre.

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Illustration 3: Ketoprofeno Illustration 4: ciclohexanona

También se obtienen por la reacción de alquenos con ozono rompiendo el doble enlace C=C. Encondiciones muy drásticas se pueden oxidar también los grupos metilo para transformarlos encarboxilatos.

Otro método es la obtención por hidrólisis de los ésteres. Esta reacción también se conoce como“saponificación”. Ella y su reacción inversa – la esterificación se verán mas detalladamente en elcapítulo de los ésteres.

Con medios fuertemente higroscópicos como el pentóxido de fósforo P2O5 se forman anhídiridos:

6 H3CCOOH + P2O5 → 2 H3PO4 + 3 H3C-C(=O)-O-C(=O)-CH3

PropiedadesLos ácidos carboxílicos son ácidos débiles. Pierden el hidrógeno unido a oxígeno en entornos básicos.Los ácidos carboxílicos pequeños como el ácido metanóico o el ácido acético son miscibles con elagua. Con restos mas grandes se vuelven rápidamente inmiscibles.

En líquido o en fase gaseosa los ácidos carboxílicos suelen formar dímeros de dos moléculas unidaspor puentes de hidrógeno:

Las sales de los ácidos carboxílicos a menudo son inestables frente al calor. Se descomponenformando cabonato y cetona. Un ejemplo es la antigua síntesis de la acetona a partir del acetato decalcio:

Ca(O2CCH3)2 → CaCO3 + H3C-C(=O)-CH3

UsosLos ácidos carbónicos forman una clase de sustancias muy numerosa que tiene un espectro de usosigual de amplio. Algunos ejemplos del uso directo de ácido carboxílicos son ácido cítrico o ácidoacético (H3CCO2H) como condimentos de la comida, ácido acetilsalicílico como medicamento, ácidoftálico como producto de partida en la síntesis de plásticos etc.

Illustration 5: ácido cítrico Illustration 6: ácidoacetilsalicílico

Illustration 7:ácido ftálico

También se utilizan las sales de los ácidos. Así el jabón es una mezcla de sales de sodio de diversosácidos grasos (ácidos carboxílicos con restos de cadena muy larga), el estearato de aluminio es uno delos componentes del napalm o el propionato de sodio (NaO2CCH2CH3) como conservante en laindustria alimenticia.

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Los ésteresLos ésteres se producen por reacción entre un alcohol y un ácido, normalmente un ácido carboxílico.En esta reacción se obtiene el éster y además una molécula de agua. El proceso es reversible. Se tratade un equilibrio:

R-O-H + H-O-C(=O)-R' ⇄ R-O-C(=O)-R' + H2O La reacción de la formación del ester también se llama “esterificación”. Es catalizada por ácidos. Lareacción de vuelta es un tipo de hidrólisis también conocido como “saponificación”. Se produce sobretodo en medio básico. La base desplaza el equilibrio hacia los productos de la hidrólisis ya que formauna sal con el ácido y lo elimina de esta manera.ObtenciónLos ésteres están presentes en muchos compuestos naturales. El más importante es la grasa. La grasaes un éster entre glicerina y tres ácidos carboxílicos de cadena larga.

Técnicamente se pueden obtener por diversas reacciones siendo una de las mas importantes lareacción entre un alcohol y un ácido en presencia de un ácido fuerte y/o una sustancia higroscópica.En vez del ácido también se pueden usar derivados de los ésteres del tipo “R-(=O)-X” con X = Cl, Br, O-C(=O)-R. Estos derivados normalmente son mas reactivos que el propio ácido.

PropiedadesLos ésteres son compuestos polares pero no pueden dar puentes de hidrógeno. Su capacidad comoaceptores de puentes de hidrógeno suele ser reducida por los grupos orgánicos que presentan. Porello no suelen ser miscibles con el agua. Sin embargo son miscibles con muchos líquidos orgánicos. Supunto de ebullición es relativamente bajo.

UsosEl uso del éster depende del alcohol y del ácido carbónico que han reaccionado. El acetato de etilo porejemplo se utiliza ampliamente como disolvente. Es responsable del olor característico de algunospegamentos. Algunos esteres de tamaño medio tienen olores y sabores muy característicos. Seencuentran como aromas en muchas frutas. Como productos sintéticos se utilizan como saborizantes.También hay muchos ésteres que se usan como fármacos. Uno de los mas conocidos es la “aspirina”(ácido acetilsalicílico), un ester entre el ácido salicílico que con su grupo hidroxilo funciona comoalcohol y el ácido acético.

En la naturaleza destacan como ésteres las grasas. Se trata de compuestos formados por glicerina y

tres ácidos carboxílicos. Su fórmula general es:

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En las grasas saturadas tenemos presentes ácidos carboxílicos con largas cadenas sin dobles enlaces.Las grasas insaturadas sin embargo están formadas por glicerina y ácidos grasos con dobles enlaces.En las grasas naturales los dobles enlaces siempre tienen forma “cis”.

Muy ligado a las grasas son los lípidos. En ellas tenemos casi la misma estructura aunque la glicerinasólo ha formado ésteres con 2 de los tres grupos OH. EN el último grupo se encuentra unido un grupopolar. Con esta estructura los lípidos forman las membranas de las células.

Los éteresEn los éteres dos grupos orgánicos están unidos por un átomo de oxígeno. Su fórmula general es porlo tanto R-O-R´. Los dos grupos orgánicos pueden ser idénticos en cuyo caso tenemos un étersimétrico o diferentes. En los átomos de carbono que están unidos a este oxígeno no debe haberningún otro átomo ni de oxígeno ni de nitrógeno ya que entonces tenemos otra clase de sustancias.

Un caso especial son los éteres cíclicos de 3 eslabones, los epóxidos. Son altamente reactivos debido ala alta tensión en el anillo.

ObtenciónFormalmente los éteres están formados por un alcohol dónde el hidrógeno del grupo OH es sustituidopor un grupo orgánico.

PropiedadesLos éteres pueden acetar puentes de hidrógeno pero no son donores de puentes de hidrógeno. Losgrupos orgánicos a menudo dificultan el acercamiento del agua al oxígeno. Por ello la solubilidad delos éteres en agua suele ser escasa.

Los éteres suelen evaporarse fácilmente. Sus vapores son más densos que el aire y se acumulanpreferentemente en las partes bajas de las salas. Si hay fuentes de ignición cerca causan explosiones eincendios.

En presencia de luz y oxígeno muchos éteres forman hidroperóxidos con gurops H-O-O-... Estos sonaltamente explosivos y han causado ya una gran cantidad de accidentes laborales. Por ello en eltrabajo con éteres, especialmente si estos se destilan, siempre hay que comprobar que están libres deperóxidos.

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UsosLos éteres se utilizan como disolventes, aromatizantes, narcotizantes, detergentes, aditivos de lagasolina etc. Los éteres cíclicos de 3 eslabones se conocen como “epóxidos” y son productosintermedios importantes de la industria química.

Los grupos nitrogenados

Las aminasLas aminas son derivados del amoniaco. En ellas al menos un hidrógeno ha sido sustituido por ungrupo de carbono. Podemos distinguir entre aminas primarias con un grupo R-NH2 (R = cualquiergrupo orgánico que no sea H), aminas secundarias R2NH y aminas terciarias R3N. Con 4 restosorgánicos se obtienen los amonios cuarternarios R4N+.

ObtenciónLas aminas pueden obtenerse por reacción de alcanos halogenados con el amoniaco o sus derivadosen una reacción de sustitución:

R-CH2-X + NH3 → R-CH2-NH2 + HX

PropiedadesLas aminas con restos orgánicos pequeños suelen ser solubles en agua ya que pueden aceptar puentesde hidrógeno. El nitrógeno en las aminas está en el centro de un tetraedro algo distorsionado formadopor los tres restos orgánicos o hidrógenos respectivamente y en la última punta el par de electroneslibre. En agua forman disoluciones básicas.

Una amina con un resto aromático es la anilina (C6H5NH2). La presencia del grupo fenil baja labasicidad de la amina.

UsosMuchas aminas son sustancias de partida en la industria química. Especialmente la anilina y susderivados son compuestos de partida importantes en la síntesis de colorantes y de medicamentos.También se usan aminas en la obtención de plásticos como algunas poliamidas o poliuretanos.

En la naturaleza el grupo amino está presente en muchos compuestos desde las bases que formannuestro ADN, los aminoácidos que forman las proteínas y los alcaloídes como la cafeína, cocaína,estriqunina etc.

Las iminasObtenciónLas iminas se obtienen por reacción de un carbonilo (aldehido o cetona) con una amina primaria. En elproceso se libera además agua:

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La reacción es catalizada por protones.

PropiedadesEl nitrógeno de las iminas puede aceptar puentes de hidrógeno. Por ello las iminas con gruposorgánicos pequeños suelen ser solubles en agua.

Las iminas pueden hidrolizarse en una reacción inversa a su formación. Esta reacción se favorece encondiciones ácidas ya que el ácido forma una sal con la amina y esta sal elimina amina del equilibrio.

El par libre de electrones de la imina apunta en el mismo plano que los enlaces hacia fuera. Enquímica inorgánica esto se utiliza empleando las iminas en “compuestos de coordinación”.

UsosAlgunas iminas forman compuestos con metales que son solubles en disolventes orgánicos. Ellopermite extraer estos metales de disoluciones acuosas. Para el cobre por ejemplo se utilizan iminasderivadas del aldehido salicílico o de la 2-hidroxi-acetofenona. Variando el grupo R se pueden cambiarla estabilidad del compuesto obtenido y adaptarlo al proceso de extracción empleado.

Las iminas están además presentes en muchos catalizadores, medicamentos y sustancias biológicas.

Las oximasLas oximas son “parientes” de las iminas. En ellas el nitrógeno está unido por una parte con un enlacedoble a un carbono y con el enlace restante se une a un grupo OH. Por ello son derivados de lahidroxilamina (H2N-OH)

ObtenciónLas oximas se obtienen en analogía a las iminas por reacción de un grupo carbonilo con hidroxilamina:

PropiedadesDebido al grupo =N-OH que es tanto donor como aceptor de puentes de hidrógeno las oximas conrestos orgánicos pequeños son solubles en el agua. La solubilidad disminuye cuanto mas grandes y

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Illustration 9: imina delaldehido salicílico Illustration 8: complejo formado entre

el cobre y la imina del aldehidosalicílico

apolares son los restos orgánicos.

En presencia de agua las oximas pueden hidrolizar lentamente. La hidrólisis es la inversión de lareacción de su formación. Es más rápida en presencia de ácido.

UsosLas oximas forman compuestos con algunos metales que son solubles en disolventes orgánicos. Ellopermite extraer estos metales selectivamente de una disolución. También se utilizan en químicaanalítica para determinar iones de metales. La oxima más conocida es la dimetilglioxima (=diglyme)que forma un compuesto rojo insoluble en agua con el niquel(II):

Las amidasLas amidas son compuestos derivados de un ácido carbónico y una amina primaria, secundaria oamoniaco. Tienen como grupo funcional la formación R-C(=O)-NR2. En el grupo amida tanto elcarbonilo como el nitrógeno con sus sustituyentes son planares y se encuentran en el mismo plano.

El grupo amida puede hidrolizarse en presencia de agua y ácido como catalizador.

ObtenciónLas amidas se pueden obtener a partir de un ácido o sus derivados y una amina liberando agua:

UsoLas amidas están presentes en muchos plásticos (poliamidas, p.ej. Nylon) y en las proteínas.

Los nitrilosEn el grupo nitrilo un carbono está unido por un triple enlace a un nitrógeno (-CN). Se puede ver comoun derivado de los ácidos carbónicos ya que el carbono tiene el mismo número de oxidación que en

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Illustration 10: Reacción de iones de niquel(II) con dimetilglioxima

los ácidos. Los nitrilos son poco frecuentes en la naturaleza pero se trata de intermedios habituales enquímica orgánica.

El grupo nitroEn el grupo nitro un nitrógeno es unido a un carbono y dos átomos de nitrógeno (-NO2). Contiene unnitrógeno pentavalente unido a un carbono y dos oxígenos. Son isómeros de los nitritos orgánicos.Estos tienen el grupo R-O-N=O y por lo tanto presentan un nitrógeno trivalente sin enlace directo N-C.

ObtenciónEn los hidrocarburos aromáticos el grupo nitro se introduce fácilmente por reacción con una mezclade ácido nítrico y ácido sulfúrico. Esta mezcla se conoce también como “ácido de nitración”.

Los grupos nitro sobre restos alifáticos (grupos alcanos) se pueden generar por sustitución de unhalógeno por nitrito aunque normalmente se forman mezclas entre compuestos nitro y el nitritoorgánico correspondiente.

UsosLos grupos nitro están presentes en muchos explosivos pero también en colorantes, medicamentos ysustancias intermedias de síntesis orgánicos. A veces algunos compuestos que no tiene grupos nitrotradicionalmente sin embargo se llaman como tales. Un ejemplo es la “nitroglicerina” que no tienegrupos nitro propiamente dicho sino grupos nitrato R-O-NO2 y es por lo tanto un triester de glicerina yácido nítrico. El nombre correcto debería ser por lo tanto trinitrato de glicerina.Con reductores se puede transformar fácilmente en grupos amino. Así se obtiene por ejemplo laanilina por reducción del nitrobenceno con hierro y ácido clorhídrico:

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Ilustración 11: Reacción de nitración del benceno. El ácido sulfúrico cataliza lareacción y atrapa el agua formado.

El PetroleoEl petroleo es una mezcla compleja de sustancias orgánicas, principalmente de hidrocarburos. Segúnlas teorías más aceptadas se formó a partir de materia orgánica depositada en el fondo de los océanosen ausencia de oxígeno y a altas presiones y temperaturas. En estas condiciones la materia biológicaperdió una gran parte de sus grupos funcionales, especialmente las oxigenados, quedando una mezclade hidrocarburos.La composición de esta mezcla varía según el yacimiento. En algunos se tarta casi exclusivamente deuna mezcla de alcanos, en otros de hidrocarburos aromáticos aunque lo normal es una mezcla dediferentes tipos de hidrocarburos, principalmente saturados.El petroleo hoy en día es la base de casi toda la química orgánica. Por ello hablamos también de“petroquímica”. Ello se debe por una parte a que podemos obtener una amplia gama de productosdirectamente de la destilación del petroleo. También se han desarrollado diferentes reacciones queayudan a convertir las moléculas encontradas en el petroleo en otras moléculas. Una de las reaccionesmás importantes de este tipo es el “cracking”.En el cracking se somete el petroleo a altas temperaturas en presencia de un catalizador. En estascondiciones las largas cadenas de los alcanos se rompen formando alquenos de cadena más corta. Porel catalizador uno de los productos principales es el eteno o etileno. También se obtiene propeno yotras moléculas de cadena corta. Estas a su vez son precursores de una amplia gama de productos.La fracción menos volátil es el alquitrán que se utiliza en construcción de carreteras.Un problema a la hora de usar el petroleo como materia prima para obtener combustibles es lapresencia de azufre orgánico. Este forma a la hora de su combustión dióxido de azufre que provocadaños por corrosión en las instalaciones. Además se tarta de un contaminante responsable de laformación de la lluvia ácida. Por ello es necesario eliminar los compuestos azufrados antes de su uso.Unos de los compuestos azufrados más conflictivos son los tiofenos ya que se comportan de maneramuy parecida a los hidrocarburos aromáticos. Una manera de eliminarlos es tratando la mezcla conácido sulfúrico concentrado. En estas condiciones los tiofenos reaccionan convirtiéndose en productossolubles en agua que así pueden ser eliminados:

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El carbón El carón es una mezcla de compuestos orgánicos formado a partir de plantas cuyo materia orgánica hasufrido cambios tras haber sufrido altas presiones y altas temperaturas en condiciones anaeróbicas.Según el grado de degradación se distinguen principalmente los diferentes tipos de carbón:

Tipo de carbón % compuenstosvolátiles

% C % H % O Valor calórico

lignita 43 – 60 % 65 – 75 % 8,0 – 5,5 % 12 – 30 % 25 – 28 MJ/kg

Carbono sub-bituminoso

40 – 45 % 75 – 81 % 6,6 – 5,8 % > 9,8 % > 32 MJ/Kg

Carbono bituminoso 14 – 40 % 81 – 90,5 % 5,8 – 4,0 9,8 – 2,8 % 33 – 35,6 MJ/kg

antracita < 14 % > 90,5 % < 4,0 % < 2,8 % 35,0 – 35,5 MJ/kg

Aparte de los tipos indicados en la tabla se pueden diferenciar más sub-categorías. Los valores deporcentajes son indicativos pero indican muy bien el proceso de la pirólisis que pasa desde la lignitacomo variante menos afectada hasta la antracita que casi sólo es carbono elemental.Como el carbono se ha formado a partir de materia orgánica con una amplia gama de compuestosorgánicos en el carbono también se encuentra todavía una gran variedad de grupos funcionales.Debido a las alteraciones sufridas suelen permanecer a macromoléculas. En la siguiente imagenvemos un modelo del carbono que intenta incorporar una gama de estos grupos funcionales. Ello noquiere decir que el carbono tiene esta estructura. Sólo indica que en la mezcla de sustancias queconforma el carbono podemos encontrar los grupos que se representan en la molécula dibujada.

A altas temperaturas el carbón se vuelve deformable. Además libera sustancias volátiles. Esto esindeseado en algunas aplicaciones, especialmente en la obtención de hierro en los altos hornos. Porello se suele usar el carbón procesado en forma de coque. El coque es un producto formado

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directamente a partir del carbono aplicando altas temperaturas. Se destilan productos volátiles quecontienen hidrocarburos, metanol, amoniaco etc. y pueden ser procesados además de alquitranes. Enestos destilados se identificó por primera vez la anilina. También se forma un gas que contienemonóxido de carbono y puede ser usado para calefacción, cocina etc. Antiguamente en algunasciudades se suministraba por cañería como “gas ciudad”. Por su bajo poder calórico y la alta toxicidadha sido sustituido por gas natural (metano).El coque como otro subproducto resultante consiste casi exclusivamente de carbono y posee mejorresistencia mecánica que el carbón inicial. Sin embargo no todos los carbonos son aptos para producircoque ya que ello depende de la cantidad y naturaleza de los grupos funcionales presentes.

Los combustiblesLos combustibles no son una clase de compuestos químicos bien definidos sino según la aplicación sepuede tratar de una amplia gama de compuestos. Los combustibles gaseosos suelen ser hidrocarburosprocedentes o del gas natural o derivados del petroleo. Se trata de compuestos de bajo pesomolecular con hasta átomos de carbono. Antiguamente se usaba también monóxido de carbonoprocedente de la combustión parcial del carbono. Por su menor valor energético, la alta toxicidad y lamayor disponibilidad de los hidrocarburos gaseosos su uso hoy en día es prácticamente nulo.Los combustibles líquidos suelen ser hidrocarburos derivados del petroleo. Estos derivados pueden sersimples fracciones de destilación con un cierto rango de ebullición o se puede tratar de mezclasprocesadas para mejorar sus características en la combustión. En algunos casos como en loscombustibles usados para motores de gasolina se pueden añadir compuestos para mejorar sucomportamiento en las reacciones de combustión.Los combustibles sólidos suelen ser de origen vegetal o carbón y sus procesados. En la obtención delacero es especialmente importante el coque. Se obtiene del carbón en un proceso de pirólisis(descomposición a alta temperatura) que elimina todos los compuestos volátiles que pueden sercondensados y procesados para obtener productos de partida para la industria química. El resto escarbono casi puro con mayor estabilidad mecánica. Esta estabilidad es importante en su suo en lsoaltos hornos para permitir el pase de los gases de combustión.

Número de octano

El octanaje es un número que caracteriza los combustibles tipo gasolina. Como en los motores secomprime una mezcla de vapor de gasolina y de aire calentándose en el proceso la mezcla a vecestiende a explotar de manera incontrolada. Estas explosiones incontroladas se conocen como“martilleo”. La tendencia a producir el martilleo depende de la naturaleza del combustible. Sonespecialmente propensos los hidrocarburos de cadena larga mientras que las cadenas ramificadasresisten mejor. Por ello se definió un sistema binario formado por n-heptano (una cadena de 7carbonos sin ramificación) de muy malas características como combustible e iso-octano (=2,2,4-trimetilpentano (H3C)3C-CH2-CH(CH3)2), un compuesto altamente ramificado con características muybuenas en el motor.La definición del número de octanos es: (wikipedia)Un carburante tiene un número de octano igual a X si, en el motor C.F.R. provoca un martilleoequivalente al observado para una mezcla de X partes, en volumen de iso-octano (N.O. = 100) y (100 -X) partes de n-heptano (N.O. = 0)

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En las gasolinas en octanaje se suele indicar como R.O.N (= Research Octane Number)Para aumentar el número de octano en las refinerías se han desarrollado procesos que favorecen laformación de cadenas ramificadas o sistemas aromáticos frente a la fabricación de cadenas largas.Estos procesos se conocen como “reforming”. La presencia de hidrocarburos aromáticos como elbenceno y el tolueno también mejoran el comportamiento en el motor. Lo común de todos estos compuestos es que por una parte no rompen fácilmente sus enlaces a altastemperaturas y si se rompen los radicales libres (compuestos con electrones impar) formados sonrelativamente estables. Un compuesto que permite atrapar los radicales libres a altas temperaturas esel tetraetilplomo. Por ello este compuesto se añadía desde aproximadamente los años 50 hasta losaños 90 del siglo 20 a las gasolinas. Con esta medida se podía aumentar el número de octanos aún conmezclas de cadena larga que son a menudo más baratas en su producción. Luego se prohibió su usopor los daños medioambientales y los problemas de salud asociados al plomo como metal pesado.Como la presencia de los hidrocarburos aromáticos también es problemática por su posible efectocancerígeno hoy en día se suelen usar aditivos basados en éteres de tert-butanol (= 2-metil-2-propanol (H3C)3C-O-H)

Las sustancias tensoactivasLas sustancias tensoactivas o detergentes suelen componerse de moléculas que tienen una partehidrofílica (grupos polares con posibilidad de formar o al menos aceptar puentes de hidrógeno) y otraparte hidrofóbica (parte apolar con grupos de alcanos). Los compuestos tensoactivos bajan la tensión superficial del agua. Así ayudan a mojar superficieshidrófugas y a emulgar grasas y otros compuestos lipofílicos. Moléculas con estas propiedades tienenuna parte hidrofílica y otra hidrofóbica. Así en agua forman agregados, las micelas, donde las parteshidrofóbias se unen mientras que las partes hidrofílicas apuntan a la fase acuosa.

La clase de tensoactivos más antigua son los jabones. Se trata de las sales alcalinas de los ácidosgrasos con cadena larga. Normalmente se obtienen por saponificación de las grasas. Presentan unabuena biodegradabilidad. Como inconvenientes tienen que sólo trabajan a un pH básico y en aguasduras forman sales de calcio y de magnesio poco solubles.

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Por estos inconvenientes se sustituyen más y más por otros tipos de tensoactivos. Los podemos dividiren tres grupos: Tensoactivos aniónicos, no-iónicos y catiónicos. Cada grupo tienen algunasparticularidades que vemos a continuación.

El grupo de los detergentes aniónicos es el grupo de tensoactivos sintéticos más antiguo. Contieneaparte de los jabones sobre todo sulfonatos y monoésteres del ácido sulfónico. Estos no forman salesinsolubles con los iones de los elementos terrealcalinos. Así que pueden usarse también en aguasduras sin necesidad de añadir medios auxiliares como complejantes. Además se trata de sales deácidos más fuertes. Aí que su pH es más bajo. Ello ayuda a mantener el manto ácido de la piel y atacamenos a superficies y colorantes delicados. Los sulfonatos son sobre todo p-alquil-aril-sulfonatos quese obtienen fácilmente a partir de benceno, alqueno y ácido sulfúrico. Los primeros sulfonatos teníanmala biodegradabilidad. Ello llevaba a la formación de montañas de espuma en depuradoras y ríos.

Algo más modernos son los lauril y más nuevos aún los lauretilsulfatos. Se encuentran en muchosproductos de limpieza personal. Se generan a partir de un alcohol que se obtiene de aceites vegetalesy ácido sulfúrico. En el caso del lauretilsulfonato además hace falta óxido de etileno, un éter cíclico de3 eslabones.

Los tensoactivos no-ionicos suelene presenter grupos etoxi (-CH2CH2O-). Se generan a partir de óxidode etileno. Además tienen un grupo hidrofóbico (a menudo un alcohol o el resto de un ácido graso).Algunos se sintetizan a partir de azúcares. Normalmente presentan buena biodegradabilidad. Noprecipitan con metales y no alteran el pH del agua. Por ello se encuentran en las formulaciones demuchos detergentes “modernos”.

Los tensoactivos catiónicos finalmente suelen tener grupos de amonio cuarternario. Muchos poseenpropiedades antibacterianas. Por ello se utilizan en detergentes desinfectantes. En estudios recientessin embargo se han dado indicios que podrían inducir resistencia hasta a los antibióticos más usados.Así que su uso se debe realizar con cuidado y sólo si es verdaderamente necesario.

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laurilsulfato de sodio (=dodecilsulfato de sodio/SDS) arribay lauretilsulfonato de sodio abajo

Unos tensoactivos muy especiales son las sustancias usadas en flotación. En lugar de una partehidrofílica propiamente dicha poseen una parte de la molécula con alta afinidad a los iones de losmetales pesados que se quieren separar. Normalmente se trata de grupos azufrados. Con este grupose unen a los iones de los metales presentes en la superficie del mineral y lo vuelven hidrofóbico. Asílos granos son arrastrados por aire insuflado a la superficie y pueden ser separados en forma deespuma mientras que el mineral sin metal se queda en forma hidrofílica y sedimenta al fondo. Comoen relación al volumen en la superficie de los granos hay muy pocos átomos basta con poco aditivopara separar cantidades grandes de mineral. A menudo se usan para este fin ditiocarbamatos.

Las sustancias tensoactivas suelen ser dañinas para la vida marina y especialmente para los peces.Atacan las mucosidades externas y las hacen más vulnerables para ataques de parásitos yenfermedades.

Los explosivosAunque los explosivos más usados -principalmente por una cuestión de precios- son de origeninorgánico (Anfo – mezcla de nitrato de amonio con diesel) los explosivos mas potentes son orgánicos.Quizás el más conocido es la dinamita. Se basa en el trinitrato de glicerina o mal llamado“nitroglicerina” absorbido por tierra de diatomeas. La absorción baja la elevada sensibilidad de efectosmecánicos que tiene la nitroglicerina pura. También se puede absorber en nitrocelulosa añadiendoademás aserrín y nitrato de potasio para obtener la gelignita. Un añadido de 4 % p/p de alcanfor bajaaún más su sensibilidad a golpes y altas temperaturas. Este explosivo se ha usado en la excavación detúneles en roca muy dura por ejemplo en la excavación del túnel de St. Gothardo (Suiza). Se sigueusando para voladuras bajo agua.Parecido a la nitroglicerina es “Nitropenta” o tetranitrato del pentaeritrol aunque se trata de un sólidoque es mucho menos sensible a golpes. Su uso es limitado por su elevado coste. Sin embargo seemplear en la fabricación de cordones explosivos.

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Illustration 12: "nitroglicerina" = trinitratode glicerina

Illustration 13: Nitropenta - otro tetranitratoorgánico

Otro explosivo muy conocido es la “TNT” - el trinitrotolueno. Suele ser sobre todo de uso militardebido a su elevado coste. Menos común es el ácido pícrico o trinitrofenol. Aunque su poder explosivoes menor es menos usado por su sensibilidad a golpes y su corrosividad.

Otro explosivo militar es el hexogen o RDX. Es un compuesto heterocíclico (heterociclo – un cicloformado por mas de un tipo de átomos) que se obtiene por ejemplo a partir de la urotropina (C6H12N4)y nitrato de amonio:

Es uno de los componentes principales de muchos explosivos plásticos. Además de explosivo es uncompuesto tóxico que ha sido usado como rodenticida.

Los plásticosLos plásticos son polímeros artificiales. Según su comportamiento podemos diferenciar tres clasesgrandes:- Los duroplastes. Se trata de sustancias que no se deforman con el calor sino se descomponen antesde fundirse.- Los elastómeros. Se trata de sustancias elásticas. Al calentarse puden deformarse pero al igual quelos duroplastes se descomponen antes de fundirse.- Los termoplastes. Se trata de polímeros que pueden ser fundidos y/o transformados con el calor.

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Illustration 15: síntesis de hexogen

Ilustración 14: Trinitrotolueno (izquierda) y ácido pícrico (derecha)

Estos comportamientos diferentes se reflejan en la estructura molecular de los plásticos. Losduroplastes son normalmente redes tridimensionales. En estas redes cada átomo tiene un lugar más omenos fijo y no puede salir de el. Algunos de los plásticos mas antiguos como la Bakelita o también laMelamina pertenecen a este grupo. También pertenecen a este grupo las resinas artificiales como lasusadas para fabricar poliesteres reforzados por fibras.Los elastómeros están formados por largas cadenas de átomos. Estas tienen escasas conexiones entreellas. Así pueden moverse ligeramente una frente a la otra sin poder desplazarse del todo. Sin fuerzaexterna suelen volver su forma original.Los termoplastes están formados por largas cadenas sin conexión alguna entre ellas. Así al calentar elmaterial estas cadenas se pueden mover libremente una frente a la otra. En este grupo de plásticosencontramos por ejemplo el polietileno, el polipropileno, el PVF y algunas poliamidas como el Nylon.

Bibliografía:- wikipedia

Programas recomendadas:- chemsketch

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