Aldehídos y cetonas

    Los aldehídos y cetonas son dos funciones orgánicas que se analizan de manera unificada, debido a sus notables semejanzas en el comportamiento químico, como consecuencia de su analogía estructural.

    Se trata de sendas categorías de compuestos caracterizadas por su elevada reactividad (mayor en los primeros que en las segundas), razón por la cual se emplean como agentes químicos intermediarios en la síntesis de numerosas sustancias.

    Junto a sus diferentes aplicaciones en la industria química, ciertos aldehídos y cetonas desempeñan destacadas funciones en determinados procesos fisiológicos. Así por ejemplo, el retinal, aldehído de la vitamina A, es importante para la visión humana, y el aldehído de conformación estructural más simple, el formaldehído, previene la descomposición de las sustancias ricas en proteínas, por lo que es empleado como conservante. También son aldehídos numerosas hormonas, tanto sintéticas como naturales. Por lo que hace referencia a las cetonas, forman parte de la composición de algunos azúcares y compuestos, tales como determinadas hormonas de aplicación terapéutica, Además, la cortisona, uno de los antiinflamatorios más empleados, contiene en su estructura varios grupos cetónicos.

    Estructura y nomenclatura de aldehídos y cetonas

    Los aldehídos y las cetonas presentan como rasgo estructural común la presencia en su ordenación molecular de un grupo carbonilo, C=O. En los aldehídos, el carbonilo está unido a un átomo de hidrógeno y a un radical alquilo R, mientras que en las cetonas, los sustituyentes son dos radicales alquilo. Éstos pueden ser iguales, en cuyo caso se dice que las cetonas son simétricas, o diferentes, lo que da lugar a cetonas asimétricas. Las fórmulas genéricas de ambos tipos de compuestos son las siguientes:

    La diferencia estructural más patente entre ambos tipos de compuestos se centra en el hecho de que, en los aldehídos, el grupo carbonilo se encuentra en un extremo de la cadena hidrocarbonada, razón por la cual un átomo de hidrógeno está unido a él de forma directa según la disposición estructural.

    Por convención, esta disposición atómica, que en realidad constituye el verdadero grupo funcional de los aldehídos, se suele consignar mediante la notación –CHO. Desde el punto de vista de los grupos atómicos a los que se une dicho grupo funcional, los aldehídos pueden ser alifáticos o aromáticos, según R sea una cadena hidrocarbonada o un derivado bencénico, en tanto que las cetonas se distinguen en alifáticas, aromáticas o mixtas, según que los radicales que se unen al carbonilo sean a su vez alifáticos, aromáticos o uno de cada tipo.

    Ejemplos moleculares de cada una de estas categorías son los siguientes:

    Aunque existen otras funciones orgánicas que presentan un carbonilo como parte de su grupo funcional, caso de los ácidos carboxílicos (–COOH), o de las amidas (CO–NH2), los aldehídos y las cetonas suelen designarse de manera específica como compuestos carbonílicos.

    Pautas de nomenclatura

    Según las reglas de nomenclatura sistemática dictadas por la IUPAC, los aldehídos se nombran con el nombre del alcano del que derivan terminado con el sufijo -al. Al grupo funcional –CHO se le asigna la posición 1 al efecto de la numeración de los posibles sustituyentes. Cuando el grupo CHO actúa como sustituyente, además de como grupo funcional, el compuesto se designa con el prefijo formil-. Por otra parte, algunos aldehídos, en general los primeros de la serie hidrocarbonada, se continúan nombrando con los términos empleados en la nomenclatura tradicional como formaldehído o acetaldehído.

    Por su parte, las cetonas presentan dos opciones de nomenclatura. La primera, y más generalizada, consiste en designar el compuesto con el nombre del alcano de origen terminado en -ona. En los casos en los que el oxígeno actúa como sustituyente además de formar parte del grupo funcional carbonilo, se utiliza el prefijo -oxo.

    La otra opción para nombrar las cetonas consiste en enumerar los dos sustituyentes que están unidos al grupo carbonilo, seguidos de la palabra cetona. A continuación se incorporan algunos ejemplos de formulación y nomenclatura de aldehídos y cetonas:

    Propiedades y reacciones

    Las propiedades de aldehídos y cetonas se ven condicionadas por la presencia del grupo funcional carbonilo, o, más específicamente, por la del doble enlace que lo constituye. Dicho enlace da lugar a que los compuestos carbonílicos tengan un momento dipolar elevado, que determina el establecimiento de fuerzas de atracción dipolo-dipolo. Como consecuencia de estas fuerzas, aldehídos y cetonas poseen puntos de fusión y ebullición más altos que los de los correspondientes hidrocarburos. Sin embargo, en este tipo de compuestos no se forman enlaces por puentes de hidrógeno, lo que hace que, al contrario, los puntos de fusión y ebullición sean más bajos que los de los alcoholes de análoga estructura molecular.

    Con la excepción del primer aldehído de la serie, el metanal, que es un gas, todos los demás compuestos pertenecientes a estas funciones orgánicas son líquidos. Los primeros constituyentes de la serie son solubles en agua, aunque al ir aumentando la longitud de la cadena hidrocarbonada la solubilidad disminuye con gran rapidez. De hecho, los aldehídos y cetonas con más de ocho carbonos son casi insolubles en agua en condiciones normales de presión y temperatura. La solubilidad es en cambio alta en disolventes orgánicos apolares como el benceno o el éter etílico. La misma acetona es un disolvente orgánico utilizado con profusión en síntesis química, dada su considerable capacidad para disolver compuestos polares, como agua, aminas o alcoholes, y apolares, como hidrocarburos, éteres o ácidos grasos.

    Ambos tipos de compuestos experimentan una amplia variedad de reacciones químicas específicas. Entre ellas, cabe citar la oxidación para formar ácidos y la reducción para formar alcoholes, más patente en el caso de los aldehídos que en el de las cetonas. Un ejemplo de ello es la oxidación del etanal, con formación de ácido acético. La reacción correspondiente en la acetona se ve dificultada por el hecho de que en la reacción con el oxígeno, el primer compuesto de la serie de las cetonas da lugar a dos ácidos, por ruptura de la cadena hidrocarbonada:

    Otra de las reacciones importantes en estos grupos de sustancias es la polimerización, en tanto que se constituye en factor de diferenciación –los aldehídos se polimerizan y las cetonas no– de dos grupos de sustancias en los que las semejanzas químicas son de mucha más entidad que las diferencia. Un ejemplo de polimerización de un aldehído es la que experimenta el formaldehído, que, en presencia de ácidos inorgánicos en disolución, es objeto de una reacción de autoadición con formación simultánea de estructuras cíclicas para dar lugar a un trímero cíclico, llamado trioxano.

    Obtención y aplicaciones

    Aunque los métodos de obtención de aldehídos y cetonas en laboratorio son diversos, uno de los más arraigados es la deshidrogenación de alcoholes, es decir la eliminación del hidrógeno en el grupo funcional –OH. Este proceso se relaciona de hecho con el origen del término aldehído.

    Los aldehídos se emplean industrialmente como solventes, agentes intermediarios en la producción de tintes, y medicamentos y como estructuras moleculares básicas para la formación de polímeros. Por ejemplo, el formaldehído combinado con fenol es el plástico conocido como baquelita y, unido a la urea, origina la formica.

    Aunque de menor uso industrial que los aldehídos, las cetonas también se utilizan como disolventes, y en la fabricación de explosivos y fármacos como las hormonas esteroideas, tanto naturales como sintéticas. La acetona es un disolvente de uso generalizado en elaboración de pinturas, lacas y plásticos de celulosa.