FUNCIONES NITROGENADAS – ISOMERÍA TEORIA

 

 

FUNCIONES NITROGENADAS

Los compuestos nitrogenados constituyen uno de los más relevantes, ya que se encuentran los grupos funcionales derivados del nitrógeno ampliamente distribuidos en todo ser viviente y tiene una extensa aplicación en la industria química y farmacéutica.


FUNCIÓN AMINA

Se reúne bajo el nombre de aminas a las sustancias que pueden ser consideradas como resultado de la sustitución parcial o total de los átomos de hidrógeno del amoniaco (NH3) o del hidróxido de amonio (NH4OH) por radicales hidrocarbonados.

a)Estructura y clasificación:

Las aminas son sustancias que tienen una apreciable basicidad y se clasifican de acuerdo al número de grupos unidos al nitrogeno trivalente:

Tipos de aminas:



donde: R, R', R'' pueden ser un grupo alquilo o arilo.


b)Nomenclatura

Para la nomenclatura de las aminas existen diversas reglas, dependiendo de cada tipo de amina.

b.1)Se nombra el o los grupos alquilos o arilos unidos al nitrógeno y luego se coloca la palabra amina

Ejemplo:

b.2)Para aminas más complejas se considera al grupo - NH2 como el grupo AMINO, pero se tiene que elegir la cadena matriz que contenga dicho grupo.


b.3)En otros casos se escoge el radical de mayor número de carbono en forma continua. Entonces los demás son considerados como sustituyentes pero se indica con N para especificar que se encuentra unido al nitrógeno.


Ejemplo:

b.4En algunos casos se colocan nombres derivados de una amina importante. Se usa generalmente para aminas aromáticas como la anilina.

Ejemplo:

c)Propiedades:
c.1.Las aminas son compuestos polares, esto les permite formar enlaces puente de hidrógeno (a excepción de las aminas terciarias)

c.2.Las aminas menores son solubles en agua, teniendo un límite para unos 6 átomos de carbono.

c.3.Las aminas alifáticas menores tienen olores desagradables característicos, que recuerdan al amoniaco (NH3) y al pescado poco fresco.
Ejemplo:
-En la descomposición del pescado se libera trimetilamina
-En  la  descomposición  de  la  carne  se   produce   1,4  -  diaminobutano  (putrescina)  y  1,5 - diaminopentano (cadaverina)

c.4.Las aminas aromáticas son generalmente muy tóxicas, al ser absorbidas a través de la piel producen resultados fatales.

c.5.Las aminas aromáticas se oxidan fácilmente con el aire, por eso se les encuentra generalmente coloreadas por productos de oxidación, son incolores en estado puro.

c.6.Las aminas tienen punto de ebullición más alto que los compuestos no polares de masa molecular semejante, pero son inferiores a los alcoholes y ácidos carboxilicos.

FUNCIÓN AMIDA


La importancia de las amidas radica en su relación con la química de peptidos y proteínas. La función amida está formada por un grupo carbonilo y un grupo amino. Es considerado como un derivado de los ácidos carboxilicos, por sustitución del grupo - OH por - NH2.


a)Estructura y clasificación
Al igual que los esteres, las amidas son derivados funcionales de los ácidos carboxilicos. En el caso de las amidas se tienen grupos acilo unidos al nitrógeno trivalente, el grupo acilo es aquel que se obtiene al eliminar el grupo oxidrilo del grupo carboxilo.




Tipos de Amidas

b)Nomenclatura
De acuerdo al sistema IUPAC se cambia la terminación OICO, del ácido que origina el grupo acilo, por la terminación AMIDA. Si existen otros grupos unidos al átomo de nitrógeno se indican con la letra N.
Ejemplo:

c)Propiedades
-A excepción del metanamida (H - CO - NH2) las amidas sencillas son todas sólidas
-Las amidas tienen un elevado punto de ebullición, superior a los ácidos respectivos, esto se debe a la formación de fuertes enlaces puente de hidrógeno
-La más importante es la urea o carbodiamida (NH2 - CO - NH2), se encuentra en la orina, se usa para la elaboración de resinas y plásticos como abono y en la fabricación de medicamentos
-El grupo - C - le confiere polaridad, esto le permite ser soluble en el agua. La solubilidad límite en el agua es de 5 a 6 carbonos en las amidas
-Una de las propiedades de las amidas es la tremenda facilidad para dar reacciones de polimerización

FUNCIÓN NITRILO

a)Estructura y clasificación:
Los nitrilos o cianuros orgánicos se consideran como derivados de los ácidos carboxílicos, esto se debe a que su hidrólisis conduce en último término a dichos ácidos. Su fórmula general es:

    R - C ≡ N   R = grupo alquilo o arilo

b)Nomenclatura
Para su nomenclatura, el sistema IUPAC utiliza el nombre del ácido del que derivan cambiando la terminación  ICO  por  nitrilo,  en  otros  casos  se considera   como    cianuros    de    alquilo   o   arilo (- CN = cianuro); ó también como ciano alcanos o arenos (- CN = ciano)

Ejemplo:


c)Propiedades
-Los nitrilos hasta 14 carbonos (aprox.) son líquidos, y los superiores son sólidos, todos ellos insolubles en agua.
El más importante de los nitrilos es el acrilonitrilo, se utiliza en polimerización.
CH2 = CH - C ≡ N
Propenotrilo acrilonitrilo

-Los de baja masa molecular son solubles en agua, tienen olores agradables o tipo etéreo.
-El más conocido es el metanonitrilo o acido cianhídrico, se encuentran en muchos vegetales como en las almendras amargas, es muy venenoso se usa como fungicida e insecticida y en metalurgia.
HC ≡ N
-Sus puntos de ebullición son menores que los ácidos correspondientes que se obtienen por su hidrólisis.
func{CH sub 3 `- ` C `≡ `  N ` `+ ` ` 2H sub 2 O ~ {} from { ` }to{H sup +} ~ CH sub 3 COOH ` `+ ` ` NH sub 3}

ISOMERÍA
Los isómeros son aquellos compuestos que tienen la misma fórmula global pero diferente fórmula desarrollada (del griego: ISOS = igual y meros = parte)
Los isómeros tienen propiedades físicas y químicas diferentes, pero contienen igual número de la misma clase de átomos, pero éstos están unidos entre sí de manera diferente.

TIPOS DE ISÓMEROS
De acuerdo a la estructura molecular y a la distribución espacial de los átomos en la molécula, tenemos:

I.ISOMERÍA ESTRUCTURAL

Clases de Isomería Estructural

a)Isomería de cadena
Son aquellos isómeros que poseen distintas cadenas carbonadas tienen propiedades químicas parecidas.
Este tipo de isomería se presenta en alcanos y para calcular el número de isómeros de cadena se calcula con la siguiente relación

func{N° ~ isómeros ~ = ~ 2 sup {n-4} ` +` 1}; 4 ≤ n ≤ 7


func{N° ~ isómeros ~ = ~ 2 sup {n-4} ` +` (n `- `6) }  7 ≤ n < 10


n = N° de átomos de carbonos
Ejemplo N° 1
C5H12

N° de isómeros = 25-4 + 1 = 2 + 1 = 3 isómeros

Los isómeros son:

Ejemplo N° 2
C6H14

N° de isómeros = 26-4 + 1 = 22 + 1 = 5 isómeros
Los isómeros son:


b) Isomería de posición
Estos isómeros tienen la misma cadena carbonada, pero se diferencian en la posición que ocupa su grupo sustituyente.


C3H8O


C4 Hg Cl(*)

*Es natural que puedan presentarse simultáneamente isómeros de cadena y de posición.

-Dentro de los isómeros de posición tenemos a los derivados disustituidos del benceno, con sus respectivas posiciones: ORTO, META y PARA

 

c.Isomería funcional o de compensación
Son aquellos que pertenecen a funciones diferentes, tienen propiedades físicas y químicas diferentes.

-Alcohol y éter


-Aldehído y cetona



-Ácido y éster


II.ESTEREOISOMERÍA
Pertenecen a esta clase de isomería los isómeros que difieren en la distribución espacial de los átomos, poseen propiedades químicas semejantes pero diferentes propiedades físicas.

CLASES DE ESTEREOSIOMERÍA

Isomería Geométrica
Son aquellos isómeros que se generan debido a la rigidez del doble enlace y existen dos clases.
Para que exista isomería geométrica es necesario que se cumplan ciertas relaciones entre los ligandos de los carbonos doblemente enlazados.
Existe isomería:

Existe isomería:


No existe isomería:


Isómero CIS

Cuando los átomos o radicales, se encuentran a un mismo lado. (Latín CIS = de este lado)

Isómero TRANS
Cuando los átomos o radicales se encuentran en lados opuestos (TRANS = al otro lado)

Ejemplo N° 1
CH3 - CH = CH - CH3    2 - buteno


Ejemplo N° 2


Ejemplo N° 3
CH3 - CH = CH - CH = CH - CH3
2,4 - exadieno