AMIGOS PARA SIEMPRE: QUÍMICA - GRUPOS FUNCIONALES

Estructura química del anión fosfato.

El grupo fosfato es un ion poliatómico de fórmula empírica P O₄³⁻ y una masa molecular de 94,97 daltons; está compuesto por un átomo central de fósforo rodeado por cuatro átomos idénticos de oxígeno en disposición tetraédrica. El ion fosfato tiene una carga formal negativa y es la base conjugada del ion hidrogenofosfato HPO₄²⁻, que a su vez es la base conjugada del ion dihidrógeno fosfato H₂PO₄⁻, a su vez base conjugada del ácido fosfórico H₃PO₄. Es una molécula polivalente (el átomo de fósforo tiene 5 electrones en su capa de valencia). El fosfato es también un compuesto organofosforado con fórmula OP(OR)₃

En disolución acuosa, el fosfato existe en cuatro formas. En condiciones de pH muy básico predomina el ion fosfato (PO₄³⁻), mientras que en situaciones de basicidad intermedia se encuentra en ion fosfato de hidrógeno (HPO₄²⁻). En condiciones de acidez baja, el ion dihidrógeno fosfato (H₂PO₄⁻). A mayor acidez, se presenta en ácido fosfórico (H₃PO₄).

Importancia biológica[editar]

Grupo fosfato (rojo) formando un enlace fosfodiéster (flechas) en un fosfolípido.

El grupo fosfato es uno de los grupos funcionales más importantes para la vida. Se halla en los nucleótidos, tanto en los que forman parte de los ácidos nucleicos (ADN y ARN), como los que intervienen en el transporte de energía química (ATP). También está presente en los fosfolípidos, moléculas que forman el esqueleto de las bicapas lipídicas de todas las membranas celulares. Tanto en los ácidos grasos como en los fosfolípidos. El grupo fosfato forma enlaces fosfodiéster.

Estructura del grupo nitro.

Los nitroderivados (o nitrocompuestos o compuestos nitro) son compuestos orgánicos que contienen uno o más grupos funcionalesnitro (-NO₂). Son a menudo altamente explosivos; impurezas varias o una manipulación inapropiada pueden fácilmente desencadenar una descomposición exotérmica violenta.

Los compuestos nitro aromáticos son sintetizados por la acción de una mezcla de ácidos sulfúrico y nítrico sobre la molécula orgánica correspondiente. Algunos ejemplos de este tipo de compuestos son el 2,4,6-trinitrofenol (ácido pícrico), el 2,4,6-trinitrotolueno (TNT) y el 2,4,6-trinitroresorcinol (ácido estífnico).

Preparación[editar]

En síntesis orgánica existen varios métodos para preparar compuestos nitro.

Compuestos nitro alifáticos[editar]

El nitrometano se adiciona a aldehídos en una adición 1,2 en la reacción nitroaldólica.
El nitrometano se adiciona a compuestos carbonílicos alfa-beta insaturados en la adición 1,4 de la reacción de Michael actuando como un "dador" de Michael.
El nitroetileno es un "aceptor" de Michael en la reacción de Michael con compuestos enolato.
En reacciones de sustitución nucleófila sobre haluro de alquilo mediante nitrito de sodio (NaNO₂) se obtienen nitroalcanos.
En sustitución nucleofílica alifática, el nitrito de sodio (NaNO₂) reemplaza a un halógeno de un α-halonitrocompuesto. Esta reacción se denomina reacción de ter Meer (1876) ya que fue descubierta por Edmund ter Meer.:¹

Compuestos nitro aromáticos[editar]

En una sustitución electrófila aromática el ácido nítrico reacciona con compuestos aromáticos en lo que se conoce como nitración.
Un método clásico partiendo de fenoles halogenados es la nitración de Zincke.

Reacciones[editar]

Los compuestos nitro participan en varias reacciones orgánicas. El grupo nitro posee un fuerte efecto atractor o aceptor de electrones y esta propiedad gobierna la química de las moléculas que lo contienen. De ahí que, por ejemplo, los nitroalquenos sean poderosos dienófilos o sufran con facilidad la adición de nucleófilos. Ambos tipos de reacciones, Diels-Alder y Michael, son de extraordinario interés en síntesis orgánica

Compuestos nitro alifáticos[editar]

Los compuestos nitro alifáticos son reducidos a aminas con hierro y ácido clorhídrico.
Conversión de los compuestos nitro a aldehídos o cetonas mediante la reacción de Nef.

Compuestos nitro aromáticos[editar]

La reducción de compuestos nitro aromáticos con hidrógeno sobre un catalizador de paladio/carbonoconduce a anilinas. Existen otros métodos como el uso de hierro y ácido clorhídrico (Reducción de Bechamp).
La presencia de grupos nitro facilita las sustituciones nucleófilas aromáticas.

grupo funcional es un átomo, o conjuntos de átomos, unido a una cadena carbonada, representada en la fórmula general por R para los compuestos alifáticos y como Ar para los compuestos aromáticos. Los grupos funcionales son responsables de la reactividad y propiedades químicas de los compuestos orgánicos. Los grupos funcionales se asocian siempre con enlaces covalentes al resto de la molécula.

La nomenclatura química de los compuestos orgánicos se basa en la combinación de los prefijos (función secundaria) y sufijos (función principal) asociados a los grupos funcionales junto con los nombres de los alcanosde los que derivan.

Series homólogas y grupos funcionales más comunes[editar]

Una serie homóloga es un conjunto de compuestos que comparten el mismo grupo funcional y, por ello, poseen propiedades y reacciones similares. Por ejemplo: la serie homóloga de los alcoholes primarios poseen un grupo OH (hidroxilo) en un carbono terminal o primario.

Las series homólogas y grupos funcionales listados a continuación son los más comunes.¹ En las tablas, los símbolos R, R', o similares, pueden referirse a una cadena hidrocarbonada, a un átomo de hidrógeno, o incluso a cualquier conjunto de átomos.

Saturados[editar]

Alcanos

Insaturados[editar]

Alquenos (grupo funcional metino)
Alquinos (grupo funcional alquinilo)

Funciones oxigenadas[editar]

Presencia de algún enlace carbono-oxígeno: sencillo (C-O) o doble (C=O)

Grupo funcional	Serie homólogo	Fórmula	Prefijo	Sufijo	Ejemplo
Grupo hidroxilo	Alcohol	R-OH	hidroxi-	-ol	Etanol
Grupo alcoxi (o ariloxi)	Éter	R-O-R'	-oxi-	R-il R'-il éter	Éter etílico
Grupo carbonilo	Aldehído	R-C(=O)H	formil-	-al -carbaldehído²	Etanal
Grupo carbonilo	Cetona	R-C(=O)-R'	oxo-	-ona	Propanona
Grupo carboxilo	Ácido carboxílico	R-COOH	carboxi-	Ácido -ico	Ácido acético
Grupo acilo	Éster	R-COO-R'	-iloxicarbonil-	R-ato de R'-ilo	Acetato de etilo

Funciones nitrogenadas[editar]

Amidas, aminas, nitrocompuestos, Nitrilos. Presencia de enlaces carbono-nitrógeno: C-N, C=N ó C≡N

Grupo funcional	Tipo de compuesto	Fórmula	Prefijo	Sufijo	Ejemplo
Grupo amino	Amina	R-NH₂	amino-	-amino	Isobutilamina
Grupo amino	Imina	R-NCH₂	_	_
Grupos amino y carbonilo	Amida	R-CO-NR₂	_	-amida	Acetamida
Grupos amino y carbonilo	Imida	R-C(=O)N(-R')-R"	_	_	Tetrametiletildiimida
Grupo nitro	Nitrocompuesto	R-NO₂	nitro-	_	Nitropropano
Grupo nitrilo	Nitrilo o cianuro	R-CN	ciano-	-nitrilo
	Isocianuro	R-NC	alquil isocianuro	_	Tert-butil isocianuro
	Isocianato	R-NCO	alquil isocianato	_
	Isotiocianato	R-NCS	alquil isotiocianato
Grupo azo	Azoderivado	R-N=N-R'	azo-	-diazeno
	Diazoderivado	R=N=N	diazo-	_	Diazometano
	Azida	R-N₃	azido-	-azida
	Sal de diazonio	X^- R-N⁺≡N	_	...uro de...-diazonio
_	Hidrazina	R₁R₂N-NR₃R₄	_	-hidrazina
_	Hidroxilamina	-NOH	_	-hidroxilamina

Funciones halogenadas[editar]

Compuestos por carbono, hidrógeno y halógenos.

Grupo funcional	Tipo de compuesto	Fórmula del compuesto	Prefijo
Grupo haluro	Haluro	R-X	halo-	_
Grupo acilo	Haluro de ácido	R-COX	Haloformil-	Haluro de -oílo

Véase también: Organohalógeno

Grupos que contienen azufre[editar]

Grupo funcional	Tipo de compuesto	Fórmula del compuesto	Prefijo	Sufijo
Grupo sulfuro	Tioéter o sulfuro	R-S-R'	alquiltio-
R-SH	Tiol		mercapto-	-tiol
R-SO-R'	Sulfóxido	_	_	_
R-SO₂-R'	Sulfona	_	_	_
_	Ácido sulfónico	RSO₃H	sulfo-	ácido -sulfónico

Véase también: Compuesto de organoazufre

Organofosfatos[editar]

Grupo funcional	Tipo de compuesto	Fórmula	Prefijo	Sufijo
	Fosfinato de sodio	PR₃	_	_
	_	P(=O)R₃	_	_
	Fosfinito	P(OR)R₂	_	_
	Fosfinato	P(=O)(OR)R₂	_	_
	Fosfonito	P(OR)₂R	_	_
	Fosfonato	P(=O)(OR)₂R	_	_
	Fosfito	P(OR)₃	_	fosfito
Grupo fosfato	Fosfato	P(=O)(OH)₂R	_	_
	Fosforano	PR₅	_	_