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CURSO: QUÍMICA MENCIÓN

MATERIAL QM N°09


                  QUÍMICA                      ORGÁNICA




                                  LOS FULERENOS
El fulereno es una de las formas alotrópicas en las que se presenta el carbono en la naturaleza
(junto al diamante y el grafito). Se trata de moléculas de carbono individuales, formadas por
varias decenas de átomos de carbono en una estructura cerrada. Se descubren en el año 1985 de
forma casual, en un estudio electroquímico del carbono. Tras ser aislados y luego de numerosos
estudios espectroscópicos, se dedujo que la gran mayoría de las moléculas de este material tenían
aproximadamente 60 átomos de carbono (C60). Los fulerenos son estructuralmente particulares;
con forma de balón y muy estables, son utilizados entre otras cosas en nanotecnología y en la
fabricación de mibrofibras de túbulos de carbono que sirven por ejemplo para fabricas telas
sintéticas para la ropa de deporte de alta competencia. El nombre de fulerenos se dio en honor al
alemán Buckmister Fuller, un arquitecto alemán que diseñaba estructuras con la forma de los
fulerenos.
INTRODUCCIÓN

     "La Química Orgánica es la parte de la Química que estudia los compuestos de carbono".

      Los compuestos de carbono se denominan orgánicos y son bastante comunes e
importantes.

        El alcohol es un ejemplo, su uso es muy cotidiano, como bebida e incluso en los hospitales.
El vinagre (ácido acético), es un condimento habitual en nuestras comidas, y por cierto, lo usamos
a diario. Otro ejemplo; el azúcar común es un hidrato de carbono vital.

       Así tantos otros….la gasolina es uno de los combustibles de mayor uso en el mundo. El éter
(elemento aristotélico), es un solvente de uso masivo en la industria e inclusive en farmacias y
hospitales.

      Con fórmulas más complicadas podemos citar las proteínas, vitaminas, hormonas,
medicamentos, etc.

       De un modo más amplio, podemos decir que los compuestos orgánicos constituyen una
parte fundamental de todo el ciclo de vida.

Fotosíntesis

                 CO2 + H2O + luz                     compuestos orgánicos + O2


Respiración celular

              Compuestos orgánicos + O2                      CO2 + H2O + energía

       La Química Inorgánica o Mineral es la parte de la Química que estudia los compuestos que
no tienen carbono, esto es, los compuestos de todos los demás elementos químicos. A pesar de
esto, el número de compuestos "inorgánicos" conocidos es mucho menor que la de compuestos
"orgánicos".

       En 1858 por el científico Kekulé plantea por vez primera la distinción entre química
orgánica e inorgánica. En verdad, esta división es sólo didáctica, pues las leyes que explican el
comportamiento de los compuestos orgánicos son las mismas que explican la de los inorgánicos.

      Además de esto, existen sustancias, como CO, CO2, H2CO3, carbonatos, HCN y cianuros,
que son "compuestos de transición", pues aunque contienen carbono, presentan propiedades más
semejantes a los compuestos inorgánicos.




                                                 2
DESARROLLO HISTÓRICO

        Los compuestos orgánicos han sido utilizados por el hombre desde hace mucho tiempo. La
combustión de la madera (combustión orgánica) ya era conocida y practicada por el hombre pre-
histórico. Antes de Cristo, la humanidad ya producía bebidas alcohólicas, vinagre, colorantes, etc.

        Los alquimistas del siglo XVI, procurando el elixir para prolongar la vida, obtuvieron
muchos extractos vegetales. A partir de esa época, las técnicas de extracción fueron
perfeccionadas. Por ejemplo; del limón se extrajo el ácido cítrico, de las grasas animales…la
glicerina y así muchos otros.


       En 1777 Bergman, definió la Química Orgánica como la química de los compuestos
existentes en los organismos vivos, vegetales y animales. Por tanto, a la Química Inorgánica le
compete el estudio de los compuestos del reino mineral.

       Lavoisier a la par consiguió analizar varios compuestos orgánicos y constató que todos
contenían el elemento carbono.

      En 1807, Berzelius propuso la idea de que sólo los seres vivos poseían una "fuerza vital"
capaz de producir los compuestos orgánicos. En otras palabras, se asentaba la idea de que las
sustancias orgánicas jamás podrían ser sintetizadas artificialmente en un laboratorio.

        Esta teoría de la "fuerza vital", perduró hasta que en 1828 el científico F. Wöhler efectuó la
síntesis de la urea a partir del cianato de amonio (un compuesto inorgánico).

                                NH4CNO                     CO(NH2)2
                            cianato de amonio                urea

       En los siguientes años fueron sintetizadas muchas sustancias orgánicas (acetileno, ácido
acético, metanol, etc.)




Combustibles fósiles

               El carbón y el petróleo se consideran "combustibles fósiles", ya que provienen de la
materia viviente de otras eras geológicas y se han formado mediante un largo proceso de
descomposición y transformación, a altas presiones.
       Los combustibles fósiles aportan el 88% de la energía mundial actual. Sin embargo, su
combustión libera gases de invernadero, como el CO2, que pueden poner en riesgo al planeta en un
plazo de unas cuantas décadas. Su combustión incompleta produce monóxido de carbono (CO); un
gas letal, y óxidos de azufre y de nitrógeno, que son promotores de la lluvia ácida. Además, estos
últimos, junto con los hidrocarburos que se liberan de los depósitos o por la mala combustión,
producen ozono troposférico y esmog fotoquímico.




                                                  3
CARBON MINERAL

       El carbón mineral es un combustible resultante de una serie de descomposiciones vegetales.
Su composición y estructura depende del proceso al cual ha estado sujeto durante cientos de
millones de años, en presencia de poco aire y de altas presiones.

      El primer paso en la formación del carbón es un material fibroso y esponjoso conocido como
TURBA. Ésta se convierte en LIGNITO, o carbón café, y posteriormente en carbón bituminoso o
HULLA. Éste, por efecto de una alta presión se transformar finalmente en ANTRACITA.


                      TURBA      → LIGNITO →           HULLA   → ANTRACITA
                                                         ↓
                                                       COQUE

      Turba: material fibroso y esponjoso que contiene hasta un 65% de agua, un 20% de cenizas
y materia orgánica sin descomponer.

       Lignito: llamado carbón café, contiene alrededor de un 43% de carbono. Es un tipo de
carbón intermedio, que contiene un 10% de cenizas, mucha humedad y un bajo poder calórico.


      Hulla: llamado también carbón bituminoso, es duro y quebradizo. Contiene alrededor de un
63% de carbono, es la variedad más común.

       Por acción del calor sobre la hulla en ausencia de aire, se obtiene:

       gas de hulla
       aguas amoniacales
       alquitrán
       coque


      Coque: es el producto más importante que se obtiene de la hulla, contiene entre un 85 y un
90% de carbono. Se usa comúnmente en la fundición de hierro y acero.

       El gas de hulla contiene H2, CO y CH4. La fracción líquida contiene NH3 y es utilizada en la
obtención de sales de amonio (NH4+) en fertilizantes. De la destilación del alquitrán se obtienen otros
compuestos, principalmente aromáticos como naftaleno y tolueno.

        Antracita: carbón muy duro y quebradizo, contiene alrededor de un 90% de carbono y no
presenta ningún vestigio de su origen vegetal. Arde con dificultad, por lo que posee alto poder
calórico.

      Observamos que de la madera hasta la antracita, pasando por la turba, lignito y hulla, va
aumentando la presencia de carbono y disminuyendo la presencia de materia volátil y humedad.

       Como puedes ver, el carbón mineral no está constituido solamente por átomos de carbono;
también contiene hidrógeno, oxígeno y, en menos proporción, nitrógeno y azufre. En cuanto se
quema el carbón, este último produce dióxido de azufre, SO2, uno de los contaminantes más
peligrosos.




                                                   4
Elemento Carbono


       Hay tantos compuestos orgánicos, naturales y sintéticos, que estos son clasificados en
funciones, la clasificación en funciones orgánicas se realiza de acuerdo con la estructura molecular
y el comportamiento químico de los compuestos.

       El elemento químico carbono (C) presenta número atómico 6.

                 C       Z= 6        1s2 2s2 2p2                       Estado fundamental

       Los enlaces formados con otros átomos son covalentes. Se utilizan en Química Orgánica las
fórmulas estructurales de preferencia a las fórmulas moleculares. Las fórmulas estructurales
planas se basan en los postulados establecidos por August Kekulé en 1858:

       1º   Los átomos de carbono son tetravalentes.

       2º   Las cuatro valencias se equivalen.

       3º   Los átomos de carbono se pueden enlazar entre sí formando cadenas.

  Examinemos las fórmulas estructurales, observando las valencias y la formación de cadenas:


                     H                 H           H H                                 H    H

                H −C − H             H −C−C−C−H                                    H −C − C−H

                     H                 H H               H                             H     H

                 metano                 propano                                        etano




                 H           H             H        H H                    H                     H       H
                                           |         |         |           |                     |       |
                         C            H −C − C −C− C− H                                     H − C −C−H
                                               |         |         |           |                 |       |
            H                    H
                 C           C             H        H          H           H                H −C −C−H
                                                                                                     |       |
            H                    H                           butano                              H       H
                ciclopropano                                                                   ciclobutano




                                                                       5
H   H                                  H                         H
                 |   |                                   |                         |
              H– C = C – H                      H–C ≡ C–C–H                H–     C – Cl
                                                         |                         |
                    eteno                               H                         H
                                                      propino             cloruro de metilo




                                                 H            H
                                                      C
                                    H                                 H

                                        C                         C
                                    H                                 H

                                    H                                 H
                                        C                         C
                                    H                                 H
                                                      C
                                                  H       H

                                                 ciclo-hexano


Enlace entre carbonos


  Los enlaces entre átomos de carbono pueden ser:

  a) Simples (hibridación sp3): Cuando dos átomos se unen por apenas una                      unidad   de
     valencia.

                            H   H
         Ejemplo:                                         simplificando   H3C − CH3
                     H −C − C−H

                            H   H

                            etano

  b)   Doble (hibridación sp2): Cuando dos átomos se unen por dos unidades de valencia.



         Ejemplo: eteno             H       H
                 (etileno)
                                H − C = C − H ó H2C = CH2

   c) Triple (hibridación sp ) : Cuando dos átomos se unen por tres unidades de valencia.

         Ejemplo:     etino                     H−C≡C−H
                     (o acetileno)

                                                              6
Fórmulas Estructurales Espaciales

       En 1874, los cientistas Jacobus Van’t Hoff y Joseph Le Bell concibieron un modelo espacial
para el átomo de carbono. Su núcleo ocuparía el centro de un tetraedro y sus cuatro valencias se
orientan según los cuatro vértices de esta figura geométrica. Así, tendríamos las siguientes
correspondencias:


               Fórmula estructural plana            Fórmula estructural espacial

                              |
                            –C–
                              |


                              |    |
                            –C–C–
                              |   |


               Fórmula estructural plana            Fórmula estructural espacial


                            C=C




                        –C   ≡    C–




                                                7
Carbono primario, secundario, terciario y cuaternario

      Un átomo de carbono es llamado primario cuando está unido solamente a otro átomo de
carbono.
                                            H    H        H
                                        H   C    C        C   H
                                            H    H        H
                                                propano



       En el propano, los carbonos de los extremos son primarios. Sin embargo, el carbono
central, es secundario (se encuentra enlazando dos carbonos). Así entonces, un átomo de carbono
es secundario cuando está unido a otros dos átomos de carbono.


       Con la misma lógica anterior; un átomo de carbono es terciario cuando está unido a otros
tres átomos de carbono. Un ejemplo es el 2 metil propano. El carbono central, se encuentra unido
directamente a otros tres.

                                                 CH3
                                     H 3C           CH3
                                                 C
                                                H


       Finalmente, un átomo de carbono es cuaternario cuando está unido a otros cuatro átomos
de carbono.



                                        H 3C                  CH3
                                    H 3C             C
                                                              CH3




                                                  8
CADENAS CARBÓNICAS

       La enorme cantidad de compuestos orgánicos conocidos, se debe en gran medida a la
capacidad que tienen los átomos de carbono de enlazar y formar cadenas de compuestos
covalentes.

   Podemos clasificar las cadenas carbónicas en tres grandes grupos:

   a) Cadenas abiertas (acíclicas o alifáticas)

      Ejemplo:

                                                                                CH3

              H 3C   CH2    CH2   CH2      CH2     CH2        CH3    H 3C     HC      HC     CH3
                                                                                       CH3
                             n - heptano                                    2 , 3 dimetil butano




   b) Cadenas cerradas, también llamadas cíclicas.

   Ejemplo:
                                                                        CH
                                  CH2                          HC                CH
                         H 2C       CH2                        HC                CH
                                                                        CH
                           ciclo propano                            benceno



   c) Cadenas mixtas

      Ejemplo:
                                                       CH 3
                                            H 2C




                                                          CH 2
                                                          CH 3
                                    1 , 3 dietil ciclohexano




                                                   9
Clasificación de las Cadenas Alifáticas


              Normal o Recta: sin ramificaciones; secuencia recta (lineal).
 a)
              Ramificada: con ramificaciones.

                                                                                             H 3C
       H 3C     CH 2    CH 2    CH 2       CH 2     CH 3             H 3C H C        CH 2      CH       CH 3

                                                                              CH 3
                        n - hexano                                              2 , 4 dimetil pentano
                         (lineal)                                                        ramificada




              Saturada: solamente enlaces simples.
b)

              Insaturada: posee al menos, un enlace doble y/o triple.


                                      H 3C
      H 3C    CH       CH 2 CH          CH        CH 3        H 3C     C       CH        C          C    CH 3

              OH               CH 3                                    CH 3

                   saturada                                                insaturada


              Homogénea: sólo átomos de carbono en la cadena.
 c)
              Heterogénea: hay un átomo diferente (heteroátomo) al carbono en la cadena
              (entre dos átomos de carbono).




                                      OH
                 H 3C      CH2        CH     CH3                 H 3C      CH2       O       CH3

                         homogénea                                      heterogénea




                                                         10
Clasificación de las cadenas Cíclicas

         Saturada: sólo enlaces simples.
a)

         Insaturadas: hay, por lo menos, un enlace doble y/o triple.




                              saturada            insaturada


         homocíclica: sólo átomos de carbono.
b)
         heterocíclica: hay heteroátomo.


                                                  N               O


                                                  N
                         homocíclicas                 heterocíclicas


Las cadenas homocíclicas pueden también ser:

        Aromáticas: poseen a lo menos un núcleo bencénico
c)
         Alicíclicas: son todas las cadenas homocíclicas no aromáticas.




                                    AROMÁTICAS




                                        ALICÍCLICAS
                                   (NO AROMÁTICAS)




                                             11
NOMENCLATURA ORGÁNICA


Se puede dividir el nombre oficial (I.U.P.A.C.) de un compuesto orgánico en tres partes:

                                      Prefijo - Medio - Sufijo


a)   El prefijo indica el número de átomos de carbono que el compuesto tiene en su cadena
     principal.

                                Nº DE ÁTOMOS DE              PREFIJO
                                    CARBONO
                                        1                        MET
                                        2                        ET
                                        3                        PROP
                                        4                        BUT
                                        5                        PENT
                                        6                        HEX
                                        7                        HEPT
                                        8                        OCT
                                        9                        NON
                                       10                        DEC
                                       11                        UNDEC
                                       12                        DODEC


                   Cuando se trata de una cadena cíclica, se antepone la palabra CICLO antes del
                   prefijo.


b)   La parte media se refiere a la saturación de la cadena carbónica.


            an        :      cadena   saturada (sólo enlaces simples).
            en        :      cadena   insaturada con un enlace doble.
            in        :      cadena   insaturada con un enlace triple.
            dien      :      cadena   insaturada con dos enlaces dobles.
            diin      :      cadena   insaturada con dos enlaces triples.
            enin      :      cadena   insaturada con un enlace doble y uno triple.




c)   El sufijo, indica la función orgánica a la que pertenece el compuesto.
     Así por ejemplo, si es un hidrocarburo tendrá el sufijo o, si es una cetona será ona, etc.




                                                  12
Radicales Orgánicos

     Son fragmentos moleculares ubicados en la cadena principal (central). Poseen una
nomenclatura especial que los identifica.

Lo corriente es:

   •   Prefijo: número de átomos de carbono que contiene.
   •   Sufijo: terminación IL.




                                                                                 fenil
                                                   secpropil
                                      etil             o
                                                    isopropil
                                       H3C        H3C         CH3
                      metil
                     H3C                 CH2           HC

                                                                                          CH3
        H3C
                                CH2                  CH2              C
                                               H2C            H3C        CH3
                     H2C                                              CH3
                         CH2                     CH3
                                                                     isobutil
                   H3C                           n - propil
                                                                        o
                     n -butil                                       terc btuil



                                  NOMENCLATURA DE HIDROCARBUROS

      Los hidrocarburos se caracterizan por ser compuestos formados solamente por átomos de
carbono e hidrógeno.

       Existen cadenas de hidrocarburos alifáticas y cíclicas, más aún, los hay saturados e
insaturados. Sin embargo, su nomenclatura es semejante.

       El sufijo utilizado para nombrar los hidrocarburos es O.

       Para facilitar su nomenclatura, analizaremos cada uno de los distintos tipos de
hidrocarburos existentes:

   •   De acuerdo con el tipo de cadena, se conocen

                                                                            Alcadienos
                                       Alcanos                             Cicloalcanos
                                      Alquenos                            Cicloalquenos
                                      Alquinos                             Aromáticos




                                                         13
ALCANOS (HIDROCARBUROS PARAFÍNICOS)

Son los más abundantes. Corresponden a cadenas saturadas.

Propiedades de los alcanos

       Entre sus cualidades más relevantes está el hecho de que arden con facilidad y originan
una gran cantidad de calor. El uso principal de los alcanos es como combustibles.

       Las cadenas de 1 a 4 carbonos por molécula son gases a temperatura ambiente, los que
tienen de 5 a 16 átomos de carbonos por moléculas son líquidos y los que tienen más de 16
átomos de carbono por molécula son sólidos.

       La densidad de los alcanos líquidos es menor que la del agua. Los alcanos son moléculas
no polares y prácticamente insolubles en agua, por lo consiguiente, flotan en ella.

       Los alcanos disuelven muchas sustancias orgánicas poco polares, como las grasas, los
aceites y las ceras.

       Además, son moléculas que rara vez reaccionan, esto es, tienen pocas afinidad a las
reacciones químicas, de ahí su nombre (parafinas = poca afinidad).


 Fórmula general: CnH2n+2


Ejemplos:

                                             n - octano

                      H3C    CH2      CH2     CH2        CH2   CH2    CH2   CH3

                                                               CH3
                                   H 3C
                            H 3C     CH      CH CH2            C     CH3

                                             CH3               CH3

                                     2 , 2 , 4 , 5 tetra metil hexano

Regla de nomenclatura:

   1. Elegir como cadena principal aquella que posea la mayor cantidad de átomos de carbono.
      Si existe más de una opción, tomar aquella más ramificada (mayor cantidad de radicales).

   2. Numerar la cadena desde el extremo más próximo a una ramificación.


   3. Nombrar la cadena, partiendo con los radicales (en orden creciente a su tamaño y
      complejidad) y considerando el número del carbono que soporta el radical. A continuación
      utilizar la nomenclatura estandarizada para la cadena principal (prefijo, medio y sufijo).




                                                    14
ALCENOS O ALQUENOS (OLEOFINAS O HIDROCARBUROS ETILÉNICOS )

Son hidrocarburos alifáticos insaturados con al menos una instauración.

       Su fórmula general (válida para alquenos con una instauración) es CnH2n
       Los alcadienos (2 insaturaciones) tienen fórmula general CnH2n-2

    El eteno o etileno es el compuesto orgánico comercial más importante. Su producción anual
en Estados Unidos es de más de 20.000 millones de kilogramos (más de la mitad de esta cantidad
se destina a la producción de polietileno, uno de los plásticos más conocidos).

     Alrededor de un 15% se destina a la producción de etilenglicol, el componente principal de
casi todas las marcas de anticongelante para radiadores de automóviles.

    Los alcenos abundan en la Naturaleza, los frutos y verduras en proceso de maduración
despiden etileno, el cual causa maduración adicional.

     Los procesadores de alimento introducen etileno artificialmente para apresurar el proceso
normal de maduración. Se puede madurar 1 kg de tomates exponiéndolos a tan sólo 0,1 mg de
etileno durante 24 horas. Desafortunadamente estos tomates no tienen el mismo sabor que los
que maduran en la planta.

    Ejemplos:
                                    H2C CH CH2          CH2 CH3

                                            1 - penteno

                                                         CH3
                            H2C   CH CH     CH    CH     CH      CH2      CH3
                                                  CH3

                                          5 , 6 dimetil 1 , 3 octadieno

Regla de nomenclatura:

   1. Elegir como cadena principal aquella que contenga la mayor cantidad de instauraciones, no
      importando si es la más larga.

   2. Numerar la cadena desde el extremo más próximo a la insaturación.


   3. Nombrar la cadena, partiendo con los radicales (en orden creciente a su tamaño y
      complejidad), considerando el número del carbono que soporta el radical. A continuación
      utilizar la nomenclatura estandarizada para la cadena principal (prefijo, medio y sufijo),
      teniendo en cuenta, la parte media correspondiente a la regla para los alquenos. Indicar
      con número el o los carbono(s) que poseen la instauración.




                                                  15
ALQUINOS O ALCINOS (HIDROCARBUROS ACETILÉNICOS)

Son los hidrocarburos alifáticos con enlace triple.

Fórmula General: CnH2n-2 (válida para alquinos monoinsaturados).

  Ejemplos:

                            HC    C     CH2 CH2 CH2             CH2    CH3
                                         1 - heptino

                                      H3C        C        C      CH3
                                            C          CH2     C
                                                2 , 5 heptadiino


Regla de nomenclatura:

   1. Elegir como cadena principal aquella que contenga la mayor cantidad de enlaces triples
      (instauraciones), no importando si es la más larga.

   2. Numerar la cadena desde el extremo más próximo al triple enlace (instauración).


   3. Nombrar la cadena, partiendo con los radicales (en orden creciente a su tamaño y
      complejidad), considerando el número del carbono que soporta el radical. A continuación
      utilizar la nomenclatura estandarizada para la cadena principal (prefijo, medio y sufijo),
      teniendo en cuenta, la parte media correspondiente a la regla para los alquinos. Indicar
      con número el o los carbono(s) que poseen la instauración.


       El acetileno (hidrocarburo elemental) se utiliza en sopletes para cortar y soldar metales.
Estos sopletes producen temperaturas muy altas.

       Un alcino es isómero de un alcadieno. Ambos presentan la misma fórmula molecular y
diferente estructura.

                     PROPIEDADES DE LOS ALQUENOS Y ALQUINOS

       Los compuestos que tienen de 2 a 4 átomos de carbono por molécula son gases a
temperatura ambiente, los que tienen de 5 a 18 átomos de carbono por molécula son líquidos y
los que tienen más de 18 átomos de carbono por molécula son sólidos.

       Al igual que los alcanos, los alcenos y los alcinos son insolubles en agua y flotan en ella.

       Los alcenos y los alcinos experimentan un mayor número de reacciones químicas que los
alcanos. Estos compuestos presentan generalmente reacciones de adición, y por tanto es posible
saturarlos de átomos de hidrógeno. Además, el cloro, el bromo, el agua y muchos otros tipos de
moléculas se pueden adicionar a los dobles y triples enlaces.

       Una de las características más excepcionales de las moléculas de alcenos (y de alcinos) es
que se puede adicionar unas a otras para formar moléculas grandes llamadas polímeros.



                                                     16
CICLOALCANOS Y CICLOALQUENOS


Cicloalcanos: También llamados ciclanos, presentan cadena cíclica con enlaces simples. Son
              hidrocarburos saturados cuyo uso principal en la industria es como solventes.

Su fórmula general es: CnH2n

              Los cicloalcanos son isómeros de los alquenos (alcenos).


Ejemplo:




                         ciclopropano ciclopentano      ciclohexano   ciclooctano




Cicloalcenos: También llamados ciclenos, presentan cadenas cíclicas con enlaces dobles. Además
              de su uso como solventes, los cicloalquenos tienen aplicaciones microbicidas y fungicidas
              (cicloalquenos sustituidos)

Fórmula general: CnH2n-2


              Los cicloalquenos son isómeros de los alquinos (monoinsaturados)




                                 COMPUESTOS AROMÁTICOS


      Los compuestos aromáticos son hidrocarburos cíclicos con, por lo menos, un núcleo
bencénico, que se denomina núcleo o anillo aromático.


       Ejemplos:




                            benceno         naftaleno          fenantreno




                                                  17
El núcleo bencénico puede ser la cadena principal o ser considerado como radical, en cuyo
caso debemos llamarlo fenil.

       En la nomenclatura de los aromáticos, se debe destacar la posibilidad de tres isómeros de
posición, de acuerdo con los grupos unidos al benceno. Veremos más adelante la definición de
isomería.

       Grupos unidos en carbonos vecinos 1 y 2 determinan el isómero ORTO. Grupos unidos en
carbonos 1 y 3 corresponden al isómero META y si la posición de los grupos es en los carbonos 1
y 4 tenemos el isómero PARA.




                  CH3                   CH3                 CH3
                   1                     1                    1
                            CH3
                        2

                                             3 CH
                                                    3        4
             orto - metil tolueno    meta - metil tolueno         para - metil tolueno
                                                            CH3
                o- xileno               m - xileno                   p - xileno




                                                18
FUNCIONES ORGÁNICAS

1. ALCOHOLES

 Presentan un grupo funcional, R – OH unido al carbono saturado.

     Sufijo:      OL

       El número de grupo hidroxilo (OH), determina el tipo de alcohol. Así, entonces:

              monoalcohol                           :     un grupo                   OH
              dialcohol o diol                      :     dos grupos                 OH
              trialcohol o triol                    :     tres grupos                OH
              polialcohol                           :     n     grupos               OH




  Ejemplos:

                                                                      HO                           OH
         H3C     CH2 CH2      OH       H3C      CH2 OH          H3C     CH    CH3
                  propanol                     etanol                 isopropanol          ciclopentanol




                                      OH
                             H2C      CH        CH2                        CH2 CH2
                                 OH            HO                      HO        OH
                             1 , 2 , 3 propanotriol                    1 , 2 etanodiol
                                   glicerina                            etilenglicol



       Respecto a la posición del grupo                 – OH, un alcohol puede ser:

              primario:      OH unido a un carbono primario (etanol)

              secundario:    OH unido a un carbono secundario (isopropanol)

              terciario:     OH unido a un carbono terciario (terc butanol)




                                                           19
2. FENOLES

       Son compuestos orgánicos, donde el grupo OH se encuentra unido directamente a un
núcleo bencénico. Son más ácidos que los alcoholes ordinarios, por lo tanto, se clasifican como
una función distinta.

      Sufijo: fenol


      Ejemplos:
                             OH                OH                 O       OH
                                                                      C




                                                      Cl
                                                                               OH
                                          meta - cloro fenol
                             CH3
                                                                 ácido - meta hidroxi benzoico
                     para - metil fenol

             Cuando la función más importante no es el fenol, debemos nombrarlo con el prefijo
             hidroxi (nombre usado para llamarlo como un radical).


3. DERIVADOS HALOGENADOS
      Son derivados de un hidrocarburo que poseen en su estructura átomos del grupo de los
halógenos (F, Cl, Br, I).


Ejemplos:

                         H       Cl            H

                    Cl       C             Cl C     Cl           H3C      CH2 HC        CH2 CH3
                           H                     Cl                                 F
                  dicloro metano          tricloro metano                   3 fluoro pentano

                  cloruro de metilo       tricloruro de metilo             fluoruro de pentilo



       Los principales derivados halogenados son los denominados CFC, cuyo uso principal en la
industria es el de refrigerantes y propelentes para latas de aerosoles.

      Los compuestos halogenados son en su mayoría inertes a otros reactivos y por esta razóin
provocan serios daños a la atmósfera (reacciónan sólo con la luz UV).

      Casi todos los halogenuros de alquilo son obtenidos por reacciones de halogenación,
mediante mecanismos de sustitución y adición, que veremos más adelante.




                                                            20
4. ALDEHÍDOS

Los aldehídos presentan como grupo funcional la porción carbaldehído.

                                                           O
                                                           C
                                                      R         H

Los aldehídos pertencen a la subclasificación de funciones carbonílicas (junto a las cetonas, los
ácidos carboxílicos y otros). El grupo carbonilo (C=O) los identifica.

Sufijo:     AL


                 En los aldehídos, el grupo carbonilo está en un extremo de la cadena carbónica.

                 Los aldehídos se obtienen por la oxidación parcial de alcoholes primarios.



Ejemplos:

                                      O
                                       C
                                  H         CH 2    CH 2        CH 2          CH 3
                                                                       CH 2

                                                        hexanal



                                                    H           O         H          O
                                                          C                   C

                                  O
                                C
                             H       H
                             metanal               benzaldehído          ciclohexanal

                             formaldehído




                                                           21
5.   CETONAS
                                                                   O
                                                                   C
                                                             R          R

       Son compuestos carbonílicos, que a diferencia de los aldehídos, presentan el grupo C=O en
medio de la cadena, entre dos átomos de carbono.
       El uso principal de las cetonas en la industria es el de solvente para una infinidad de
reacciones químicas.

Sufijo: ONA

Ejemplos:
                                                                                                          O

                                               O                                   O
                                                                                   C
                 H 3C       CH2      CH2       C    CH2      CH3        H 3C           CH3

                               3 - hexanona                             2 propanona                   ciclohexanona
                               etil - propil - cetona                   dimetil cetona
                                                                             acetona


              Las cetonas se obtienen por oxidación de alcoholes secundarios.


6. Ácidos Carboxílicos

                                                                 O
                                                                 C
                                                             R          OH

            Se les denominan ácidos orgánicos ya que poseen protones y los pueden liberar en
            solución.

            Se pueden obtener por oxidación completa de un alcohol primario o un aldehído.

            Los más conocidos son los ácidos grasos. Poseen cadena hidrocarbonada con muchos
            átomos de carbono, lo que los hace insolubles en agua. Los más importantes son el
            ácido palmático, esteático, oleico y linoleico.

            Su uso usual es como solvente (industria), cosmético (cremas y jabones) y como
            catalizador de reacciones químicas.

Sufijo:       OICO

                                                                 HO            O
                        O                                                C                    O             OH
                                                O
                        C                                                                         C     C
                H 3C         OH                 C
                                           H            OH                                   HO             O

                ácido etanoico           ácido metanoico                                 ácido 1 , 2 etanodioico
               ácido acético             ácido fórmico             ácido benzoico             ácido oxálico
                  vinagre

                                                                   22
7. Ésteres

       Son compuestos orgánicos que se forman por reacción entre un alcohol y un ácido
carboxílico, con eliminación de agua (una deshidratación).

De este modo
                                 O                                         O

                         R           OH    +   R'    OH                R        O    R'   +    H2O


A esta reacción le llamamos esterificación, en tanto la reacción inversa se denomina hidrólisis.

Sufijo: ATO

Ejemplos:

                                                                   O
                                                                                               CH3
                                                                   C
                                                           H2C         O                       O      O
                                                              CH2      CH2
                     O                                H2C                      CH2
       H3C           C                                    CH2                  CH3
               CH2           O       CH3            H2C
                                                     CH3
             propanoato de metilo                          heptanoato de propilo              benzoato de metilo

              Para nombrar los ésteres debemos dividir la molécula y nombrar en primer lugar los
             átomos hasta el grupo carbonilo (incluyéndolo!!). A esta porción le asignamos el
             sufijo ATO. Luego, la porción que falta la nombramos como si fuese un radical con
             sufijo ILO.



8. Éteres


                                                              O
                                                          R        R

       Son compuestos orgánicos similares a un hidrocarburo, donde un átomo de carbono ha
       sido reemplazado por oxígeno (un heteroátomo).

       Los éteres se obtiene vía deshidratación de alcoholes

Sufijo: éter




                                                              23
O            H3C    CH2
             H3C         CH3                                                     H3C     CH2
                                           CH2       O    CH3
                                                                                           CH2    O
             dimetil éter               metil - propil éter
                                                                            propil - ciclopropil éter
             metoxi metano                metoxi propano
                                                                            propoxi ciclopropano

      Para nombrar los éteres debemos visualizar el oxígeno y nombrar las porciones laterales
      como si fuesen radicales.

      También hay una nomenclatura poco convencional que identifica el fragmento molecular R-
      O y lo nombre de una sola vez. Así entonces si R = CH3, se toma la raíz MET y se adiciona
      la poción OXI (del oxígeno)


9. Aminas
                                                                                R''
                                R   NH2          R       NH             R   N
                               amina primaria            R'                 R'
                                                                        amina terciaria
                                             amina secundaria

Son compuestos orgánicos derivados del amoniaco (NH3) a través de la sustitución de uno, dos o
tres átomos de hidrógeno por carbono (radicales).

                                                trimetil amina                         ciclohexil amina
              metil amina
                                                            CH3
                                                                                                   NH2
             H3C    NH2                          H3C          N
                                                                  CH3
                   NH2                           NH2                                       NH2




             fenil amina                       OH                                         NH2
              anilina                  para hidroxi fenil amina                   para amino fenil amina
                                       para hidroxi anilina
                                                                                  1, 4 diamino benceno

      Para nombrar las aminas debemos primero identificar los fragmentos radicales unidos al
      grupo AMINA y escribirlos con la nomenclatura tradicional.

      Cuando la AMINA no sea la función principal debemos llamarla como un radical, esto es,
      con el nombre de AMINO.

      Cuando la AMINA esté unida en forma directa a un anillo bencénico se le denomina
      ANILINA.




                                                         24
10. Amidas
                                        O                               O

                                   R         NH2               R            NH     R'


Son compuestos orgánicos que poseen el grupo funcional carbamida. Las amidas se forman por
reacción entre un derivado de ácido carboxílico (haluro de ácido) y una amina.

Sufijo: AMIDA

                                                                                        H2N     O

                            O                          O
                            C               H3C        C                CH3
                      H3C        NH2              NH           CH2
                       etanamida              N - metil propanamida                      benzamida

         Las poliamidas son usadas ampliamente en la síntesis de fibras poliméricas sintéticas y
         estudios farmacológicos (medicamentos).


11. Nitrocompuestos
                                                                O
                                                                +
                                                   R       N
                                                                    -
                                                                O

      Son hidrocarburos convencionales, sin embargo, al menos uno de sus hidrógenos ha sido
reemplazado por el grupo funcional NITRO (-NO2).

Sufijo: NITRO

                                         CH3                                   CH3                        CH3

                                                   NO 2        O 2N                     NO 2    O 2N              NO 2
   H3C     NO 2   H3C CH2 NO 2
   nitro metano    nitro etano
                                       nitro tolueno                          dinitro tolueno             NO 2
                                                                                                       trinitro tolueno
                                                                                                           (T.N.T)




                                                          25
12. Nitrilos
                                                  R    C        N

       Son compuestos orgánicos derivados del ácido cianhídrico HC             N . Aquí el hidrógeno del
grupo funcional es sustituido por cadenas hidrocarbonadas.

Sufijo: NITRILO

Ejemplos:


                      H3C CH2 CH2       C    N H3C          C       N          C    N

                         butanonitrilo        etanonitrilo       benzonitrilo
                        cianuro de propilo    cianuro de metilo cianuro de fenilo

                Para nombrar los nitrilos debemos considerar la cantidad de átomos de carbono que
               la cadena principal contiene y luego nombralo como si fuesen hidrocarburos
               corrientes, agregando el sufijo NITRILO.

                Otra forma consiste en identificar el grupo funcional –CN y nombrar el resto de la
               cadena como si fuesen radicales. Anteponemos en esta nomenclatura el prefijo
               CIANURO.



13. Isonitrilos
                                                  R     NC


      Son derivados del ácido isocianhídrico HNC , un gas de estructura similar al HCN, donde
uno de los átomos de hidrógeno se sustituye por una cadena hidrocarbonada.

Sufijo: Isonitrilo

Ejemplos:

                        H3C CH2 NC          H3C       CH2 CH2 CH2 CH2          NC
                         etanoisonitrilo               pentanoisonitrilo
                        isocianuro de etilo            isocianuro de pentilo




                                                       26
14. Compuestos de Grignard

                                                   R      M         X

       Son hidrocarburos que incluyen un metal y un halógeno en su estructura. Este tipo de
reactivos es ampliamente utilizado como precursor en reacciones de alquilación (alargar cadenas
por ejemplo) muy importantes en química orgánica.

      Los metales más ampliamente usados son magnesio, cobre, y litio. Sin embargo, los
llamados reactivos de Grignard sólo contienen Magnesio. El resto de compuestos con un metal y
un halógeno unidos a una cadena hidrocarbonada se denominan genéricamente “compuestos
organometálicos”. Los halógenos en tanto son, cloro bromo y yodo.

Nomenclatura:

                        (Halógeno) URO + DE + (hidrocarburo) IL + metal

Ejemplos:

                                                                            Mg
                  H3C    CH2      CH2 Mg           Br                            I

                  bromuro de propil magnesio                   yoduro de ciclopentil magnesio


                                          SERIES ORGÁNICAS

Series Homólogas:

      Conjunto de compuestos consecutivos de la misma función cuya diferencia está en un
fragmento de CH2.

Ejemplo:
                                               CH4        metano
                                             H3C       CH3        etano

                                        H3C    CH2           CH3 propano

                                 H3C     CH2           CH2         CH3 butano

                                 H3C     CH2       CH2       CH2        CH3 pentano

Series Heterólogas:

       Conjunto   de    compuestos      de    diferente           función    orgánica,       que   derivan   del   mismo
hidrocarburo.

Ejemplo:
                                                               O                 O
                          H 3C     CH2 O H                    C                  C
                                                   H 3C            H      H 3C       OH
                               etanol                   etanal              ácido etanoico


                                                          27
Series Isólogas:

      Conjunto de compuestos que difieren entre sí en dos átomos de hidrógeno (H2).

Ejemplo:

              H3C     CH2                      H2C     CH                           HC    C
                       CH2        CH2                      CH2       CH2                      CH2       CH2
                                   CH3                                CH3                                CH3
                    pentano                            penteno                            pentino




                H3C    CH2                      H2C        CH                        HC       C
                            CH2    CH2                         CH2    CH2                         CH2    CH2
                                        OH                                 OH                                 OH
                    butanol                            butenol                            butinol


ISOMERÍA

      Los isómeros son moléculas de igual o distinta función, que presentan similar fórmula
general. Esto es, la disposición de los átomos es distinta, no así su proporción.

      Tomemos los siguientes ejemplos:

                                             etanol                    dimetil éter

                              A)         H3C     CH2 OH              H3C    O       CH3

                                                       O                        O

                                                       C                        C      CH3
                              B)         CH2                          H3C           CH2
                                   H3C         CH2         H

                                             butanal                       2 - butanona

             En A) la fórmula molecular de ambos compuestos es C2H6O

             En B) la fórmula molecular de ambos compuestos es C4H8O

       Se dice que ambas parejas son ejemplos de isómeros. En el caso de la pareja A) uno es un
alcohol corriente mientras que el otro un éter, sin embargo la cantidad de átomo es la misma (y
en la misma proporción).

       En la pareja B) uno de ellos es un aldehído y el otro una cetona. Ambos por cierto, tienen
la misma fórmula general.

       La importancia de los isómeros radica no sólo en la coincidencia de las fórmulas generales.
Es sabido en química orgánica la enorme implicancia de la disposición espacial de ciertas
moléculas aparentemente idénticas. A razón, de ésta y otras cualidades, se analiza el tema de
isomería de manera parcelada.

                                                           28
ISOMERÍA PLANA

Tipos de isomería

           Isomería de Cadena

           Isomería de posición

           Isomería de compensación

           Isomería de función



Isomería de cadena

      Pertenecen a la misma función química y difieren sólo en el tipo de cadena.

Ejemplo:
                                                                                    CH3
                               CH2         CH2                                                CH3
                                                      CH3           H3C            HC
                         H3C                                                            CH2
                                       CH2        CH2                        CH2
                                    n - hexano                               3 metil pentano

       El n- hexano es una cadena alifática lineal, en cambio el 3 – metil pentano es una cadena
ramificada.


Isomería de posición

       Pertenecen a la misma función orgánica, pero se diferencian en la posición de un radical o
una insaturación

Ejemplo:

                3 - hexeno                1 - hexeno                    2 - hexeno                   C6 H12

                H3C    CH2                 H2C     CH                     H3C      CH
                         CH    CH                       CH2      CH2                CH     CH2
           A)                  CH2     CH3                        CH2 CH3                      CH2   CH3


                               OH
                                                 HO
                      H3C HC                                                                          C5 H12 O
                                                      CH2 CH2                       H3C    CH2
                               CH2     CH2
        B)                                                    CH2      CH2                    CH     CH2
                                         CH3
                                                                        CH3               HO
                        2 - pentanol                     1 - pentanol                                   CH3
                                                                                           3 - pentanol




                                                            29
Isomería de compensación (metamería)

       Pertenecen a la misma función química, pero se diferencian en la posición de un
heteroátomo.

Ejemplos:

               H3C     CH2                                   H3C     CH2
                          CH2        NH                                 NH      CH2
                                       CH3                                        CH3
                                                                                                     C4 H11 N
                     metil - propil amina                            dietil amina

       H3C CH2     CH2     O         CH2 CH2           CH3     H3C       O     CH2     CH2     CH2     CH2      CH3
               dipropil éter                                         metil - pentil éter             C6 H14 O




Isomería de función

      Difieren en la función química, pero tienen la misma fórmula general.

Ejemplo:
                                     etanol                    dimetil éter
                                H3C       CH2 OH             H3C    O    CH3            C2 H 6 O

                                               O                     O

                                               C                     C          CH3
                                CH2                           H3C            CH2         C4 H 8 O
                        H3C            CH2         H

                                     butanal                       2 - butanona


Tautomería:

      Los tautómeros son isómeros de función que se encuentran en equilibrio en solución
acuosa.

Dos ejemplos comunes son:

                                           O
                                                                        H3C      CH
                                           C
                         H3C         CH2           H                               CH OH

                                propanal                                 propenol

                                          O                                            OH
                               H3C    C                                  H2C       C
                                          CH3                                          CH3

                               2 propanona                                   1 - propeno - 2 - ol

                                                              30
ISOMERÍA ESPACIAL (ESTEREOISOMERÍA)

      Los isómeros son compuestos que difieren entre sí por la disposición espacial de sus
átomos. Mostraremos dos casos de isomería espacial:

       Isomería geométrica

       Isomería óptica



Isomería geométrica (isomería Cis – Trans)

Consideremos el compuesto 1, 2 - dicloro - eteno

                                            Cl
                                                 CH CH
                                                       Cl


       La hibridación sp2 de los carbonos indica que la molécula es plana y por tanto los radicales
de cloro se disponen cada uno sobre y bajo el plano, o bien ambos al mismo lado.

       Respecto de esto se generan dos moléculas diferentes, “no superponibles” de 1,2 -
dicloro - eteno. Éstos son los denominados isómeros geométricos.

      El isómero que presenta los dos átomos de cloro del mismo lado, en relación al plano
determinado por el doble enlace, es llamado CIS y el otro es un isómero TRANS.




                                                  31
Veamos otro ejemplo:

El ácido butenodioico también presenta dos isómeros geométricos: el ácido butenodioico CIS (o
ácido maleico) y el ácido butenodioico TRANS (o ácido fumárico).




        Se pueden concluir, que la existencia de isomería geométrica o Cis-trans está condicionada
a la existencia de un doble enlace en la cadena carbónica.


Isomería óptica

    Ciertas sustancias químicas tienen el poder de desviar el plano de vibración de la luz
polarizada; la luz polarizada vibra sólo en un plano, al contrario de la luz natural, que está
constituida de ondas vibrando en todas las direcciones.

     Diremos que las sustancias que desvían el plano de vibración de la luz polarizada tienen
actividad óptica o que ellas son ópticamente activas.

    En el caso que el desvío ocurra para la derecha, diremos que son dextrógiras; ocurriendo lo
inverso, diremos que se trata de sustancias levógiras.

                       Desvío a la derecha           
                                                     →   dextrógira (d)

                        Desvío a la izquierda        ←
                                                         levógira (l)
                                                                     l

Un ejemplo:




                                                32
Para nuestro interés, podemos considerar que la actividad óptica de una sustancia es
producto de su asimetría molecular.

                     Asimetría molecular       ⇒        actividad óptica

El carbono asimétrico es denominado centro estereogénico (señalado C*) y corresponde a aquel
unido a cuatro radicales diferentes.



                              *



Por ejemplo, el carbono señalado del ácido láctico es asimétrico.




    Si la molécula presenta al menos un centro estereogénico se le denomina quiral y por lo
tanto tendrá actividad óptica.

       Podemos encontrar dos ácidos lácticos, con comportamiento diferente, sólo porque uno de
ellos desvía la luz polarizada en el sentido dextrógiro y el otro en el levógiro. Para diferenciarlos
recurrimos a la nomenclatura especial d y l .


                                                   espejo




                        ácido láctico d                     ácido láctico l

       Vemos en el ejemplo que existen dos estructuras moleculares no superponibles; cada una
corresponde a una de dos tipos de moléculas de ácido láctico. Ésto se observa como si una fuese
la imagen especular de la otra, por tanto podemos diremos que las dos moléculas son isómeros
ópticos:

       Los dos isómeros, el dextrógiro y el levógiro, son llamados ENANTIÓMEROS

      Una mezcla formada por cantidades equimoleculares de dos enantiómeros se denomina
mezcla racémica y es ópticamente inactiva.

      Para compuestos con más de un átomo de carbono asimétrico y diferente, se encuentra el
número de isómeros activos por la fórmula 2n siendo n el número de átomos de carbonos
asimétricos (centros estereogénicos).


                                                   33
REACCIONES ORGÁNICAS


Reacciones de Sustitución

Son un tipo de reacción muy común en los laboratorios orgánicos y consiste en sustituir al menos
un átomo de hidrógeno de un hidrocarburo por otro u otros átomos.

Las reacciones más importantes son:

      Nitraciones
      Sulfonaciones
      Halogenaciones


Nitración:
                                                          ∆
                          R — H + HO — NO2 
                                           → H2O + R —NO2

                         CH                                        CH        NO 2
                   HC         CH               ∆              HC        C
                   HC         CH   +   HNO3
                                                              HC        CH
                                                                                     +   H2O
                         CH                                        CH

Note que un hidrógeno del benceno es sustituido por un grupo NITRO proveniente de la molécula
de ácido nítrico (HNO3)

Sulfonación:
                                                     ∆
                        R — H + HO — SO3H 
                                          → H2O + R — SO3H

                         CH                                        CH        SO 3H
                   HC         CH               ∆              HC        C
                   HC         CH   +   H2SO4
                                                              HC        CH
                                                                                     +   H2O
                         CH                                        CH




Cloración:
                           R — H + Cl — Cl → HCl + R — Cl
                                                    luz




                               H                                                          H
                                I                                                         I
                        H3C — C — CH3 + Cl — Cl                             HCl + H3C — C — CH3
                                I                                                          I
                               H                                                          Cl
                            propano                                              2-cloropropano




                                               34
Reacciones de Adición

       Se visualizan por la   adición de átomos o grupos de átomos generalmente con rompimiento
de enlaces π de dobles y      triples enlaces. Hay muchos ejemplos de reacciones de adición y en
muchas funciones. En los      hidrocarburos tenemos, por ejemplo, la cloración de los alquenos, la
hidrogenación de alquenos     obteniendo alcanos, las polimerizaciones por adición, etc.

Ejemplo:

                  H3C    CH2                                     H3C        CH2      Cl
                                   CH2 +
                                           Cl   Cl
                           CH                                                 CH    CH2
                                                                            Cl
                        buteno                                             1, 2 dicloro butano



    En la reacción dos átomos de cloro saturan al alqueno y lo transforman en un halogenuro de
alquilo (compuesto halogenado). Los fragmentos que se incorporan en la molécula son iguales, así
que poco importa conocer a cual de los carbonos va una especie o la otra. Sin embargo,
observemos el siguiente ejemplo:

     H3C   CH2                                       H3C   CH2         H             H3C    CH2       Cl
                  CH2 +                                                       +
                               H   Cl
             CH                                               CH   CH2                           CH   CH2
                                                            Cl                              H
        buteno                                             2 cloro butano                    1 cloro butano
                                                               90%                                 10%



       Observamos que en esta reacción de adición, un porcentaje mayoritario es el isómero 2
cloro butano. Las razones de esta desigualdad responden a una estabilidad energética de los
compuestos intermediarios a esta reacción (carbocationes). Para justificar el por qué la reacción
es más espontánea en uno u otro caso se utiliza la regla de markovnikoff


Regla de Markovnikoff: La adición de hidrógeno se hará en el carbono más hidrogenado, cuando
se trata de un doble enlace asimétrico).




                                                     35
Reacciones de Eliminación

        En estas reacciones algunos átomos o grupos son eliminados de la sustancia, dando origen
a otra, más condensada y con eventual aparecimiento de dobles y/o triples enlaces.

Ejemplo:


                CH 2
       H 3C                   CH2    Cl
                  CH 2                                                    CH 2   CH 2    CH
                                                                                              CH 3       ZnCl
                         HC
                                    HC      +     Zn               H 3C
                                                                             CH 2       CH
                                                                                                     +          2


                                         CH 3
                         Cl




Reacciones de Combustión

    La combustión completa de una sustancia orgánica da origen a dióxido de carbono (gas
carbónico) y agua. La combustión incompleta, en función de la cantidad de oxígeno comburente
disponible, da origen a monóxido de carbono o también carbono. En orden decreciente de oxígeno
disponible obtendremos, por lo tanto, CO2, CO o C.

    Ejemplos:

      Combustiones completas:                    CH4 + 2 O2 
                                                            → CO2 + 2 H2O
                                                 metano

                                                           5
                                                 C2H2 +      O2 
                                                                → 2 CO2 + H2O
                                                           2
                                                  etino
                                                (acetileno)

                                                  C3H8 + 5 O2 
                                                              → 3 CO2 + 4 H2O
                                                propano


                                                           17
      Combustión incompleta:                     C8H18 +      O2 
                                                                 → 8 CO + 9 H2O
                                                            2

                                                              9
                                                 C8H18 +        O2 
                                                                   → 8 C + 9 H2O
                                                              2

                                                           3
                                                 CH4   +     O2      
                                                                     → CO + 2 H2O
                                                           2

                                                 CH4 + O2            
                                                                     → CO + 2 H2O




                                                              36
Fermentaciones

      Dos de las más importantes fermentaciones son la alcohólica y acética. Las enzimas o
microorganismos son catalizadores de estas reacciones.

Fermentación alcohólica

Se parte de azúcar y se obtiene alcohol etílico (etanol).

                                C12H22O11    +   H2 O         invertasa →
                                                                            2 C6H12 O6
                                sacarosa

                                C6H12O6      zimasa →
                                                              2 C2H5 OH      +    2 CO2
                                glucosa


Fermentación acética

Se parte de soluciones alcohólicas y se obtiene ácido acético (etanoico), constituyente del vinagre.

                      H3C − CH2 − OH + O2                
                                                         →             H3C − COOH + H2O




Oxidación de Alcoholes

        La oxidación de alcoholes primarios forma inicialmente aldehidos y luego ácidos carboxílicos y
la oxidación de alcoholes secundarios forma cetonas.


              alcohol primario                                  O                           O
                                      oxidación parcial                 oxidación total
                H3C   CH2 OH                                    C                           C
                                                          H            CH3          H3C         OH
                  etanol
                                                              etanal                      ácido etanoico


              alcohol secundario                                        O
                           OH
                                      oxidación total     H3C       C
                   H3C HC
                                                                        CH3
                                CH3
                   2 propanol                             2 propanona
                                                          dimetil cetona
              alcohol terciario
                           OH
                      C               oxidación total
                H3C                                       NO HAY REACCIÓN!!!
                           CH3
                   H3C




                                                         37
Deshidrataciones de alcoholes

   Son reacciones importantes para la obtención de alquenos y éteres.

   Ejemplo:

       deshidratación intramolecular
                 H3C    CH2     OH     + H2SO4        H2C    CH2   +    H2O
                       etanol                           etileno
                                                         eteno

        deshidratación intermolecular

                                                                        CH2      CH2
              2 H3C     CH2     OH   +   H2SO4         H2O   +                          CH3
                                                                  H3C        O
                      etanol                                              dietil éter




                                                 38
PRIORIDADES DE LOS GRUPOS FUNCIONALES

          FUNCIÓN                 FÓRMULA              PRIORIDAD                PREFIJO                   SUFIJO

           ÁCIDOS                                                                                       -carboxilico
                                    -COOH                     1                  carboxi
        CARBOXILICOS                                                                                       -oico


           ÁCIDOS
                                     -SO3H                    2                   sulfo                  -sulfónico
         SULFONICOS

                                                                                                         -oato de R
            ÉSTER                   -COO-R                    3               R-oxicarbonilo
                                                                                                      -carboxilato de R

          HALUROS
                                     -CO-X                    4                 haloformil             -haluro de oilo
          DE ÁCIDO


                                                                                                       -carboxamida
           AMIDAS                   -CO-NH2                   5                  carbonil
                                                                                                          -amida


                                                                                                        -carbonitrilo
          NITRILOS                   -C≡N                     6                   ciano
                                                                                                          -A-nitrilo


                                                                                                       -carbaldehído
         ALDEHIDOS                   -CHO                     7                   formil
                                                                                                            -al


          CETONAS                    -CO-R                    8                    oxo                      -ona


         ALCOHOLES                    -OH                     9                  hidroxi                     -ol


           AMINAS                    -NH2                     10                 amino                   -R-amina


           ETERES                    -O-R                     11                  R-oxi                   -R-éter



                                   – C =C –                   12                   en                       -eno
          ALQUENOS


          ALQUINOS                 –C≡C–                      13                    in                      -ino


         HALOGENOS                    –X                      14                  halo                       ---


     NITROCOMPUESTOS                 -NO2                     15                  nitro                      ---

         RADICALES                                                             nombre del
                                                                                                             ---
         ALQUILICOS                   -R                      16                 radical
NOTA:Los halógenos y radicales alquílicos, aunque no son grupos funcionales, han sido incluídos en esta tabla para
destacar sus prioridades relativas.




                                                         39
TEST DE EVALUACIÓN MÓDULO 09

1.   Hoy es correcto afirmar que

     A) todo compuesto que tenga carbono necesariamente es considerado un compuesto
        orgánico.
     B) los compuestos orgánicos no pueden ser sintetizados artificialmente en un laboratorio.
     C) todo compuesto considerado orgánico debe contener necesariamente el elemento carbono.
     D) sólo los seres vivos son poseedores de una fuerza vital capaz de producir compuestos
        orgánicos.
     E) a partir de un compuesto inorgánico es imposible obtener un compuesto orgánico.


2.   Al hacer una comparación general entre un compuesto orgánico y uno inorgánico, el orgánico

     A) presenta puntos de fusión y ebullición más bajos.
     B) no presenta isomería.
     C) deja iones en libertad de movimiento fácilmente.
     D) es muy soluble en agua.
     E) difícilmente se combustiona.


3.   La química orgánica está basada en el elemento carbono y presenta una extraordinaria
     diversidad de compuestos. Esto se debe fundamentalmente a

     A) la tetravalencia del carbono.
     B) la gran diversidad de hibridación del carbono.
     C) que los átomos de carbono tienden a unirse entre sí formando cadenas.
     D) que son producidos por todos los seres vivos.
     E) que el elemento carbono es un no metal.
                        CH3
                         
4.- En el compuesto CH3 - C - CH2 - CH3     hay
                         /
                        CH3


          Carbonos            Carbonos            Carbonos            Carbonos
          Primarios         Secundarios           Terciarios        Cuaternarios

     A)     2                      2                   1                0
     B)     3                      2                   0                2
     C)     4                      0                   1                1
     D)     4                      1                   0                1
     E)     5                      0                   0                1




                                                  40
5. El compuesto     CH3 - C = CH2   tiene una cadena
                          /
                         CH3

  A) abierta, saturada, ramificada y homogénea.
  B) alifática, insaturada, ramificada y homogénea.
  C) alifática, insaturada, normal y heterogénea.
  D) cíclica, insaturada, ramificada y homogénea.
  E) mixta, saturada, normal y heterogénea.


6. De los siguientes compuestos, el que tiene una cadena carbónica alifática, normal, insaturada y
   heterogénea es

   A) CH3 - O - CH2 - CH3

             O
              
   B) CH3 - C - CH2 - CH3

   C) CH2 = CH - NH - CH3

   D)    CH=CH
          /   
         CH2 CH2
             /
            O

   E) CH3 - C=O
             
              OH



                   CH3

7.- El tolueno,     , es un solvente que fue utilizado mucho tiempo en algunos adhesivos y cuya
    inhalación frecuente y prolongada genera daños irreparables a la salud. Su cadena es

    A) cíclica y aromática.
    B) alifática e insaturada.
    C) cíclica y alicíclica.
    D) acíclicas y aromática.
    E) alifática y ramificada.




                                                41
8.   Sólo una de las siguientes correspondencias entre la estructura de un compuesto orgánico y
     la clasificación de su cadena carbónica es correcta. Indíquela

                   O
     A) CH3 – C             alifática, heterogénea y saturada
                      OH

     B) CH3 – O – CH3       alifática, homogénea y saturada

     C) CH3 – C – CH3       alifática, homogénea y saturada
               ll
                O

     D) CH3 – NH – CH3      alifática, heterogénea e insaturada

     E)         CH2         cíclica, homocíclica y aromática

          CH2     — CH2


9.   A partir del compuesto acetileno, C2H2, se puede obtener eteno, C2H4 y etano, C2H6 a través
     de sucesivas hidrogenaciones:


          CH   ≡ CH        + H2     →          CH2 = CH2          + H2   →       CH3 - CH3

          acetileno                                eteno                           etano

     Con respecto a lo descrito, es incorrecto afirmar que

     A) el etano presenta cadena saturada.
     B) la cadena más insaturada, es la del acetileno.
     C) el eteno tiene cadena insaturada.
     D) los tres compuestos son apolares
     E) sólo el acetileno es aromático.


10. El compuesto orgánico CH2 = CH - CH - CH3
                                           
                                           CH3

     A) tiene cadena saturada y ramificada.
     B) tiene sólo carbonos con hibridación sp3.
     C) presenta cadena heterogénea y normal.
     D) es de cadena alicíclica.
     E) su cadena es ramificada y homogénea.




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Química Orgánica: Introducción a los fulerenos y sus propiedades

  • 1. CURSO: QUÍMICA MENCIÓN MATERIAL QM N°09 QUÍMICA ORGÁNICA LOS FULERENOS El fulereno es una de las formas alotrópicas en las que se presenta el carbono en la naturaleza (junto al diamante y el grafito). Se trata de moléculas de carbono individuales, formadas por varias decenas de átomos de carbono en una estructura cerrada. Se descubren en el año 1985 de forma casual, en un estudio electroquímico del carbono. Tras ser aislados y luego de numerosos estudios espectroscópicos, se dedujo que la gran mayoría de las moléculas de este material tenían aproximadamente 60 átomos de carbono (C60). Los fulerenos son estructuralmente particulares; con forma de balón y muy estables, son utilizados entre otras cosas en nanotecnología y en la fabricación de mibrofibras de túbulos de carbono que sirven por ejemplo para fabricas telas sintéticas para la ropa de deporte de alta competencia. El nombre de fulerenos se dio en honor al alemán Buckmister Fuller, un arquitecto alemán que diseñaba estructuras con la forma de los fulerenos.
  • 2. INTRODUCCIÓN "La Química Orgánica es la parte de la Química que estudia los compuestos de carbono". Los compuestos de carbono se denominan orgánicos y son bastante comunes e importantes. El alcohol es un ejemplo, su uso es muy cotidiano, como bebida e incluso en los hospitales. El vinagre (ácido acético), es un condimento habitual en nuestras comidas, y por cierto, lo usamos a diario. Otro ejemplo; el azúcar común es un hidrato de carbono vital. Así tantos otros….la gasolina es uno de los combustibles de mayor uso en el mundo. El éter (elemento aristotélico), es un solvente de uso masivo en la industria e inclusive en farmacias y hospitales. Con fórmulas más complicadas podemos citar las proteínas, vitaminas, hormonas, medicamentos, etc. De un modo más amplio, podemos decir que los compuestos orgánicos constituyen una parte fundamental de todo el ciclo de vida. Fotosíntesis CO2 + H2O + luz compuestos orgánicos + O2 Respiración celular Compuestos orgánicos + O2 CO2 + H2O + energía La Química Inorgánica o Mineral es la parte de la Química que estudia los compuestos que no tienen carbono, esto es, los compuestos de todos los demás elementos químicos. A pesar de esto, el número de compuestos "inorgánicos" conocidos es mucho menor que la de compuestos "orgánicos". En 1858 por el científico Kekulé plantea por vez primera la distinción entre química orgánica e inorgánica. En verdad, esta división es sólo didáctica, pues las leyes que explican el comportamiento de los compuestos orgánicos son las mismas que explican la de los inorgánicos. Además de esto, existen sustancias, como CO, CO2, H2CO3, carbonatos, HCN y cianuros, que son "compuestos de transición", pues aunque contienen carbono, presentan propiedades más semejantes a los compuestos inorgánicos. 2
  • 3. DESARROLLO HISTÓRICO Los compuestos orgánicos han sido utilizados por el hombre desde hace mucho tiempo. La combustión de la madera (combustión orgánica) ya era conocida y practicada por el hombre pre- histórico. Antes de Cristo, la humanidad ya producía bebidas alcohólicas, vinagre, colorantes, etc. Los alquimistas del siglo XVI, procurando el elixir para prolongar la vida, obtuvieron muchos extractos vegetales. A partir de esa época, las técnicas de extracción fueron perfeccionadas. Por ejemplo; del limón se extrajo el ácido cítrico, de las grasas animales…la glicerina y así muchos otros. En 1777 Bergman, definió la Química Orgánica como la química de los compuestos existentes en los organismos vivos, vegetales y animales. Por tanto, a la Química Inorgánica le compete el estudio de los compuestos del reino mineral. Lavoisier a la par consiguió analizar varios compuestos orgánicos y constató que todos contenían el elemento carbono. En 1807, Berzelius propuso la idea de que sólo los seres vivos poseían una "fuerza vital" capaz de producir los compuestos orgánicos. En otras palabras, se asentaba la idea de que las sustancias orgánicas jamás podrían ser sintetizadas artificialmente en un laboratorio. Esta teoría de la "fuerza vital", perduró hasta que en 1828 el científico F. Wöhler efectuó la síntesis de la urea a partir del cianato de amonio (un compuesto inorgánico). NH4CNO CO(NH2)2 cianato de amonio urea En los siguientes años fueron sintetizadas muchas sustancias orgánicas (acetileno, ácido acético, metanol, etc.) Combustibles fósiles El carbón y el petróleo se consideran "combustibles fósiles", ya que provienen de la materia viviente de otras eras geológicas y se han formado mediante un largo proceso de descomposición y transformación, a altas presiones. Los combustibles fósiles aportan el 88% de la energía mundial actual. Sin embargo, su combustión libera gases de invernadero, como el CO2, que pueden poner en riesgo al planeta en un plazo de unas cuantas décadas. Su combustión incompleta produce monóxido de carbono (CO); un gas letal, y óxidos de azufre y de nitrógeno, que son promotores de la lluvia ácida. Además, estos últimos, junto con los hidrocarburos que se liberan de los depósitos o por la mala combustión, producen ozono troposférico y esmog fotoquímico. 3
  • 4. CARBON MINERAL El carbón mineral es un combustible resultante de una serie de descomposiciones vegetales. Su composición y estructura depende del proceso al cual ha estado sujeto durante cientos de millones de años, en presencia de poco aire y de altas presiones. El primer paso en la formación del carbón es un material fibroso y esponjoso conocido como TURBA. Ésta se convierte en LIGNITO, o carbón café, y posteriormente en carbón bituminoso o HULLA. Éste, por efecto de una alta presión se transformar finalmente en ANTRACITA. TURBA → LIGNITO → HULLA → ANTRACITA ↓ COQUE Turba: material fibroso y esponjoso que contiene hasta un 65% de agua, un 20% de cenizas y materia orgánica sin descomponer. Lignito: llamado carbón café, contiene alrededor de un 43% de carbono. Es un tipo de carbón intermedio, que contiene un 10% de cenizas, mucha humedad y un bajo poder calórico. Hulla: llamado también carbón bituminoso, es duro y quebradizo. Contiene alrededor de un 63% de carbono, es la variedad más común. Por acción del calor sobre la hulla en ausencia de aire, se obtiene: gas de hulla aguas amoniacales alquitrán coque Coque: es el producto más importante que se obtiene de la hulla, contiene entre un 85 y un 90% de carbono. Se usa comúnmente en la fundición de hierro y acero. El gas de hulla contiene H2, CO y CH4. La fracción líquida contiene NH3 y es utilizada en la obtención de sales de amonio (NH4+) en fertilizantes. De la destilación del alquitrán se obtienen otros compuestos, principalmente aromáticos como naftaleno y tolueno. Antracita: carbón muy duro y quebradizo, contiene alrededor de un 90% de carbono y no presenta ningún vestigio de su origen vegetal. Arde con dificultad, por lo que posee alto poder calórico. Observamos que de la madera hasta la antracita, pasando por la turba, lignito y hulla, va aumentando la presencia de carbono y disminuyendo la presencia de materia volátil y humedad. Como puedes ver, el carbón mineral no está constituido solamente por átomos de carbono; también contiene hidrógeno, oxígeno y, en menos proporción, nitrógeno y azufre. En cuanto se quema el carbón, este último produce dióxido de azufre, SO2, uno de los contaminantes más peligrosos. 4
  • 5. Elemento Carbono Hay tantos compuestos orgánicos, naturales y sintéticos, que estos son clasificados en funciones, la clasificación en funciones orgánicas se realiza de acuerdo con la estructura molecular y el comportamiento químico de los compuestos. El elemento químico carbono (C) presenta número atómico 6. C Z= 6 1s2 2s2 2p2 Estado fundamental Los enlaces formados con otros átomos son covalentes. Se utilizan en Química Orgánica las fórmulas estructurales de preferencia a las fórmulas moleculares. Las fórmulas estructurales planas se basan en los postulados establecidos por August Kekulé en 1858: 1º Los átomos de carbono son tetravalentes. 2º Las cuatro valencias se equivalen. 3º Los átomos de carbono se pueden enlazar entre sí formando cadenas. Examinemos las fórmulas estructurales, observando las valencias y la formación de cadenas: H H H H H H H −C − H H −C−C−C−H H −C − C−H H H H H H H metano propano etano H H H H H H H H | | | | | | C H −C − C −C− C− H H − C −C−H | | | | | | H H C C H H H H H −C −C−H | | H H butano H H ciclopropano ciclobutano 5
  • 6. H H H H | | | | H– C = C – H H–C ≡ C–C–H H– C – Cl | | eteno H H propino cloruro de metilo H H C H H C C H H H H C C H H C H H ciclo-hexano Enlace entre carbonos Los enlaces entre átomos de carbono pueden ser: a) Simples (hibridación sp3): Cuando dos átomos se unen por apenas una unidad de valencia. H H Ejemplo: simplificando H3C − CH3 H −C − C−H H H etano b) Doble (hibridación sp2): Cuando dos átomos se unen por dos unidades de valencia. Ejemplo: eteno H H (etileno) H − C = C − H ó H2C = CH2 c) Triple (hibridación sp ) : Cuando dos átomos se unen por tres unidades de valencia. Ejemplo: etino H−C≡C−H (o acetileno) 6
  • 7. Fórmulas Estructurales Espaciales En 1874, los cientistas Jacobus Van’t Hoff y Joseph Le Bell concibieron un modelo espacial para el átomo de carbono. Su núcleo ocuparía el centro de un tetraedro y sus cuatro valencias se orientan según los cuatro vértices de esta figura geométrica. Así, tendríamos las siguientes correspondencias: Fórmula estructural plana Fórmula estructural espacial | –C– | | | –C–C– | | Fórmula estructural plana Fórmula estructural espacial C=C –C ≡ C– 7
  • 8. Carbono primario, secundario, terciario y cuaternario Un átomo de carbono es llamado primario cuando está unido solamente a otro átomo de carbono. H H H H C C C H H H H propano En el propano, los carbonos de los extremos son primarios. Sin embargo, el carbono central, es secundario (se encuentra enlazando dos carbonos). Así entonces, un átomo de carbono es secundario cuando está unido a otros dos átomos de carbono. Con la misma lógica anterior; un átomo de carbono es terciario cuando está unido a otros tres átomos de carbono. Un ejemplo es el 2 metil propano. El carbono central, se encuentra unido directamente a otros tres. CH3 H 3C CH3 C H Finalmente, un átomo de carbono es cuaternario cuando está unido a otros cuatro átomos de carbono. H 3C CH3 H 3C C CH3 8
  • 9. CADENAS CARBÓNICAS La enorme cantidad de compuestos orgánicos conocidos, se debe en gran medida a la capacidad que tienen los átomos de carbono de enlazar y formar cadenas de compuestos covalentes. Podemos clasificar las cadenas carbónicas en tres grandes grupos: a) Cadenas abiertas (acíclicas o alifáticas) Ejemplo: CH3 H 3C CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH3 H 3C HC HC CH3 CH3 n - heptano 2 , 3 dimetil butano b) Cadenas cerradas, también llamadas cíclicas. Ejemplo: CH CH2 HC CH H 2C CH2 HC CH CH ciclo propano benceno c) Cadenas mixtas Ejemplo: CH 3 H 2C CH 2 CH 3 1 , 3 dietil ciclohexano 9
  • 10. Clasificación de las Cadenas Alifáticas Normal o Recta: sin ramificaciones; secuencia recta (lineal). a) Ramificada: con ramificaciones. H 3C H 3C CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 3 H 3C H C CH 2 CH CH 3 CH 3 n - hexano 2 , 4 dimetil pentano (lineal) ramificada Saturada: solamente enlaces simples. b) Insaturada: posee al menos, un enlace doble y/o triple. H 3C H 3C CH CH 2 CH CH CH 3 H 3C C CH C C CH 3 OH CH 3 CH 3 saturada insaturada Homogénea: sólo átomos de carbono en la cadena. c) Heterogénea: hay un átomo diferente (heteroátomo) al carbono en la cadena (entre dos átomos de carbono). OH H 3C CH2 CH CH3 H 3C CH2 O CH3 homogénea heterogénea 10
  • 11. Clasificación de las cadenas Cíclicas Saturada: sólo enlaces simples. a) Insaturadas: hay, por lo menos, un enlace doble y/o triple. saturada insaturada homocíclica: sólo átomos de carbono. b) heterocíclica: hay heteroátomo. N O N homocíclicas heterocíclicas Las cadenas homocíclicas pueden también ser: Aromáticas: poseen a lo menos un núcleo bencénico c) Alicíclicas: son todas las cadenas homocíclicas no aromáticas. AROMÁTICAS ALICÍCLICAS (NO AROMÁTICAS) 11
  • 12. NOMENCLATURA ORGÁNICA Se puede dividir el nombre oficial (I.U.P.A.C.) de un compuesto orgánico en tres partes: Prefijo - Medio - Sufijo a) El prefijo indica el número de átomos de carbono que el compuesto tiene en su cadena principal. Nº DE ÁTOMOS DE PREFIJO CARBONO 1 MET 2 ET 3 PROP 4 BUT 5 PENT 6 HEX 7 HEPT 8 OCT 9 NON 10 DEC 11 UNDEC 12 DODEC Cuando se trata de una cadena cíclica, se antepone la palabra CICLO antes del prefijo. b) La parte media se refiere a la saturación de la cadena carbónica. an : cadena saturada (sólo enlaces simples). en : cadena insaturada con un enlace doble. in : cadena insaturada con un enlace triple. dien : cadena insaturada con dos enlaces dobles. diin : cadena insaturada con dos enlaces triples. enin : cadena insaturada con un enlace doble y uno triple. c) El sufijo, indica la función orgánica a la que pertenece el compuesto. Así por ejemplo, si es un hidrocarburo tendrá el sufijo o, si es una cetona será ona, etc. 12
  • 13. Radicales Orgánicos Son fragmentos moleculares ubicados en la cadena principal (central). Poseen una nomenclatura especial que los identifica. Lo corriente es: • Prefijo: número de átomos de carbono que contiene. • Sufijo: terminación IL. fenil secpropil etil o isopropil H3C H3C CH3 metil H3C CH2 HC CH3 H3C CH2 CH2 C H2C H3C CH3 H2C CH3 CH2 CH3 isobutil H3C n - propil o n -butil terc btuil NOMENCLATURA DE HIDROCARBUROS Los hidrocarburos se caracterizan por ser compuestos formados solamente por átomos de carbono e hidrógeno. Existen cadenas de hidrocarburos alifáticas y cíclicas, más aún, los hay saturados e insaturados. Sin embargo, su nomenclatura es semejante. El sufijo utilizado para nombrar los hidrocarburos es O. Para facilitar su nomenclatura, analizaremos cada uno de los distintos tipos de hidrocarburos existentes: • De acuerdo con el tipo de cadena, se conocen Alcadienos Alcanos Cicloalcanos Alquenos Cicloalquenos Alquinos Aromáticos 13
  • 14. ALCANOS (HIDROCARBUROS PARAFÍNICOS) Son los más abundantes. Corresponden a cadenas saturadas. Propiedades de los alcanos Entre sus cualidades más relevantes está el hecho de que arden con facilidad y originan una gran cantidad de calor. El uso principal de los alcanos es como combustibles. Las cadenas de 1 a 4 carbonos por molécula son gases a temperatura ambiente, los que tienen de 5 a 16 átomos de carbonos por moléculas son líquidos y los que tienen más de 16 átomos de carbono por molécula son sólidos. La densidad de los alcanos líquidos es menor que la del agua. Los alcanos son moléculas no polares y prácticamente insolubles en agua, por lo consiguiente, flotan en ella. Los alcanos disuelven muchas sustancias orgánicas poco polares, como las grasas, los aceites y las ceras. Además, son moléculas que rara vez reaccionan, esto es, tienen pocas afinidad a las reacciones químicas, de ahí su nombre (parafinas = poca afinidad). Fórmula general: CnH2n+2 Ejemplos: n - octano H3C CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH3 CH3 H 3C H 3C CH CH CH2 C CH3 CH3 CH3 2 , 2 , 4 , 5 tetra metil hexano Regla de nomenclatura: 1. Elegir como cadena principal aquella que posea la mayor cantidad de átomos de carbono. Si existe más de una opción, tomar aquella más ramificada (mayor cantidad de radicales). 2. Numerar la cadena desde el extremo más próximo a una ramificación. 3. Nombrar la cadena, partiendo con los radicales (en orden creciente a su tamaño y complejidad) y considerando el número del carbono que soporta el radical. A continuación utilizar la nomenclatura estandarizada para la cadena principal (prefijo, medio y sufijo). 14
  • 15. ALCENOS O ALQUENOS (OLEOFINAS O HIDROCARBUROS ETILÉNICOS ) Son hidrocarburos alifáticos insaturados con al menos una instauración. Su fórmula general (válida para alquenos con una instauración) es CnH2n Los alcadienos (2 insaturaciones) tienen fórmula general CnH2n-2 El eteno o etileno es el compuesto orgánico comercial más importante. Su producción anual en Estados Unidos es de más de 20.000 millones de kilogramos (más de la mitad de esta cantidad se destina a la producción de polietileno, uno de los plásticos más conocidos). Alrededor de un 15% se destina a la producción de etilenglicol, el componente principal de casi todas las marcas de anticongelante para radiadores de automóviles. Los alcenos abundan en la Naturaleza, los frutos y verduras en proceso de maduración despiden etileno, el cual causa maduración adicional. Los procesadores de alimento introducen etileno artificialmente para apresurar el proceso normal de maduración. Se puede madurar 1 kg de tomates exponiéndolos a tan sólo 0,1 mg de etileno durante 24 horas. Desafortunadamente estos tomates no tienen el mismo sabor que los que maduran en la planta. Ejemplos: H2C CH CH2 CH2 CH3 1 - penteno CH3 H2C CH CH CH CH CH CH2 CH3 CH3 5 , 6 dimetil 1 , 3 octadieno Regla de nomenclatura: 1. Elegir como cadena principal aquella que contenga la mayor cantidad de instauraciones, no importando si es la más larga. 2. Numerar la cadena desde el extremo más próximo a la insaturación. 3. Nombrar la cadena, partiendo con los radicales (en orden creciente a su tamaño y complejidad), considerando el número del carbono que soporta el radical. A continuación utilizar la nomenclatura estandarizada para la cadena principal (prefijo, medio y sufijo), teniendo en cuenta, la parte media correspondiente a la regla para los alquenos. Indicar con número el o los carbono(s) que poseen la instauración. 15
  • 16. ALQUINOS O ALCINOS (HIDROCARBUROS ACETILÉNICOS) Son los hidrocarburos alifáticos con enlace triple. Fórmula General: CnH2n-2 (válida para alquinos monoinsaturados). Ejemplos: HC C CH2 CH2 CH2 CH2 CH3 1 - heptino H3C C C CH3 C CH2 C 2 , 5 heptadiino Regla de nomenclatura: 1. Elegir como cadena principal aquella que contenga la mayor cantidad de enlaces triples (instauraciones), no importando si es la más larga. 2. Numerar la cadena desde el extremo más próximo al triple enlace (instauración). 3. Nombrar la cadena, partiendo con los radicales (en orden creciente a su tamaño y complejidad), considerando el número del carbono que soporta el radical. A continuación utilizar la nomenclatura estandarizada para la cadena principal (prefijo, medio y sufijo), teniendo en cuenta, la parte media correspondiente a la regla para los alquinos. Indicar con número el o los carbono(s) que poseen la instauración. El acetileno (hidrocarburo elemental) se utiliza en sopletes para cortar y soldar metales. Estos sopletes producen temperaturas muy altas. Un alcino es isómero de un alcadieno. Ambos presentan la misma fórmula molecular y diferente estructura. PROPIEDADES DE LOS ALQUENOS Y ALQUINOS Los compuestos que tienen de 2 a 4 átomos de carbono por molécula son gases a temperatura ambiente, los que tienen de 5 a 18 átomos de carbono por molécula son líquidos y los que tienen más de 18 átomos de carbono por molécula son sólidos. Al igual que los alcanos, los alcenos y los alcinos son insolubles en agua y flotan en ella. Los alcenos y los alcinos experimentan un mayor número de reacciones químicas que los alcanos. Estos compuestos presentan generalmente reacciones de adición, y por tanto es posible saturarlos de átomos de hidrógeno. Además, el cloro, el bromo, el agua y muchos otros tipos de moléculas se pueden adicionar a los dobles y triples enlaces. Una de las características más excepcionales de las moléculas de alcenos (y de alcinos) es que se puede adicionar unas a otras para formar moléculas grandes llamadas polímeros. 16
  • 17. CICLOALCANOS Y CICLOALQUENOS Cicloalcanos: También llamados ciclanos, presentan cadena cíclica con enlaces simples. Son hidrocarburos saturados cuyo uso principal en la industria es como solventes. Su fórmula general es: CnH2n Los cicloalcanos son isómeros de los alquenos (alcenos). Ejemplo: ciclopropano ciclopentano ciclohexano ciclooctano Cicloalcenos: También llamados ciclenos, presentan cadenas cíclicas con enlaces dobles. Además de su uso como solventes, los cicloalquenos tienen aplicaciones microbicidas y fungicidas (cicloalquenos sustituidos) Fórmula general: CnH2n-2 Los cicloalquenos son isómeros de los alquinos (monoinsaturados) COMPUESTOS AROMÁTICOS Los compuestos aromáticos son hidrocarburos cíclicos con, por lo menos, un núcleo bencénico, que se denomina núcleo o anillo aromático. Ejemplos: benceno naftaleno fenantreno 17
  • 18. El núcleo bencénico puede ser la cadena principal o ser considerado como radical, en cuyo caso debemos llamarlo fenil. En la nomenclatura de los aromáticos, se debe destacar la posibilidad de tres isómeros de posición, de acuerdo con los grupos unidos al benceno. Veremos más adelante la definición de isomería. Grupos unidos en carbonos vecinos 1 y 2 determinan el isómero ORTO. Grupos unidos en carbonos 1 y 3 corresponden al isómero META y si la posición de los grupos es en los carbonos 1 y 4 tenemos el isómero PARA. CH3 CH3 CH3 1 1 1 CH3 2 3 CH 3 4 orto - metil tolueno meta - metil tolueno para - metil tolueno CH3 o- xileno m - xileno p - xileno 18
  • 19. FUNCIONES ORGÁNICAS 1. ALCOHOLES Presentan un grupo funcional, R – OH unido al carbono saturado. Sufijo: OL El número de grupo hidroxilo (OH), determina el tipo de alcohol. Así, entonces: monoalcohol : un grupo  OH dialcohol o diol : dos grupos  OH trialcohol o triol : tres grupos  OH polialcohol : n grupos  OH Ejemplos: HO OH H3C CH2 CH2 OH H3C CH2 OH H3C CH CH3 propanol etanol isopropanol ciclopentanol OH H2C CH CH2 CH2 CH2 OH HO HO OH 1 , 2 , 3 propanotriol 1 , 2 etanodiol glicerina etilenglicol Respecto a la posición del grupo – OH, un alcohol puede ser: primario: OH unido a un carbono primario (etanol) secundario: OH unido a un carbono secundario (isopropanol) terciario: OH unido a un carbono terciario (terc butanol) 19
  • 20. 2. FENOLES Son compuestos orgánicos, donde el grupo OH se encuentra unido directamente a un núcleo bencénico. Son más ácidos que los alcoholes ordinarios, por lo tanto, se clasifican como una función distinta. Sufijo: fenol Ejemplos: OH OH O OH C Cl OH meta - cloro fenol CH3 ácido - meta hidroxi benzoico para - metil fenol Cuando la función más importante no es el fenol, debemos nombrarlo con el prefijo hidroxi (nombre usado para llamarlo como un radical). 3. DERIVADOS HALOGENADOS Son derivados de un hidrocarburo que poseen en su estructura átomos del grupo de los halógenos (F, Cl, Br, I). Ejemplos: H Cl H Cl C Cl C Cl H3C CH2 HC CH2 CH3 H Cl F dicloro metano tricloro metano 3 fluoro pentano cloruro de metilo tricloruro de metilo fluoruro de pentilo Los principales derivados halogenados son los denominados CFC, cuyo uso principal en la industria es el de refrigerantes y propelentes para latas de aerosoles. Los compuestos halogenados son en su mayoría inertes a otros reactivos y por esta razóin provocan serios daños a la atmósfera (reacciónan sólo con la luz UV). Casi todos los halogenuros de alquilo son obtenidos por reacciones de halogenación, mediante mecanismos de sustitución y adición, que veremos más adelante. 20
  • 21. 4. ALDEHÍDOS Los aldehídos presentan como grupo funcional la porción carbaldehído. O C R H Los aldehídos pertencen a la subclasificación de funciones carbonílicas (junto a las cetonas, los ácidos carboxílicos y otros). El grupo carbonilo (C=O) los identifica. Sufijo: AL En los aldehídos, el grupo carbonilo está en un extremo de la cadena carbónica. Los aldehídos se obtienen por la oxidación parcial de alcoholes primarios. Ejemplos: O C H CH 2 CH 2 CH 2 CH 3 CH 2 hexanal H O H O C C O C H H metanal benzaldehído ciclohexanal formaldehído 21
  • 22. 5. CETONAS O C R R Son compuestos carbonílicos, que a diferencia de los aldehídos, presentan el grupo C=O en medio de la cadena, entre dos átomos de carbono. El uso principal de las cetonas en la industria es el de solvente para una infinidad de reacciones químicas. Sufijo: ONA Ejemplos: O O O C H 3C CH2 CH2 C CH2 CH3 H 3C CH3 3 - hexanona 2 propanona ciclohexanona etil - propil - cetona dimetil cetona acetona Las cetonas se obtienen por oxidación de alcoholes secundarios. 6. Ácidos Carboxílicos O C R OH Se les denominan ácidos orgánicos ya que poseen protones y los pueden liberar en solución. Se pueden obtener por oxidación completa de un alcohol primario o un aldehído. Los más conocidos son los ácidos grasos. Poseen cadena hidrocarbonada con muchos átomos de carbono, lo que los hace insolubles en agua. Los más importantes son el ácido palmático, esteático, oleico y linoleico. Su uso usual es como solvente (industria), cosmético (cremas y jabones) y como catalizador de reacciones químicas. Sufijo: OICO HO O O C O OH O C C C H 3C OH C H OH HO O ácido etanoico ácido metanoico ácido 1 , 2 etanodioico ácido acético ácido fórmico ácido benzoico ácido oxálico vinagre 22
  • 23. 7. Ésteres Son compuestos orgánicos que se forman por reacción entre un alcohol y un ácido carboxílico, con eliminación de agua (una deshidratación). De este modo O O R OH + R' OH R O R' + H2O A esta reacción le llamamos esterificación, en tanto la reacción inversa se denomina hidrólisis. Sufijo: ATO Ejemplos: O CH3 C H2C O O O CH2 CH2 O H2C CH2 H3C C CH2 CH3 CH2 O CH3 H2C CH3 propanoato de metilo heptanoato de propilo benzoato de metilo Para nombrar los ésteres debemos dividir la molécula y nombrar en primer lugar los átomos hasta el grupo carbonilo (incluyéndolo!!). A esta porción le asignamos el sufijo ATO. Luego, la porción que falta la nombramos como si fuese un radical con sufijo ILO. 8. Éteres O R R Son compuestos orgánicos similares a un hidrocarburo, donde un átomo de carbono ha sido reemplazado por oxígeno (un heteroátomo). Los éteres se obtiene vía deshidratación de alcoholes Sufijo: éter 23
  • 24. O H3C CH2 H3C CH3 H3C CH2 CH2 O CH3 CH2 O dimetil éter metil - propil éter propil - ciclopropil éter metoxi metano metoxi propano propoxi ciclopropano Para nombrar los éteres debemos visualizar el oxígeno y nombrar las porciones laterales como si fuesen radicales. También hay una nomenclatura poco convencional que identifica el fragmento molecular R- O y lo nombre de una sola vez. Así entonces si R = CH3, se toma la raíz MET y se adiciona la poción OXI (del oxígeno) 9. Aminas R'' R NH2 R NH R N amina primaria R' R' amina terciaria amina secundaria Son compuestos orgánicos derivados del amoniaco (NH3) a través de la sustitución de uno, dos o tres átomos de hidrógeno por carbono (radicales). trimetil amina ciclohexil amina metil amina CH3 NH2 H3C NH2 H3C N CH3 NH2 NH2 NH2 fenil amina OH NH2 anilina para hidroxi fenil amina para amino fenil amina para hidroxi anilina 1, 4 diamino benceno Para nombrar las aminas debemos primero identificar los fragmentos radicales unidos al grupo AMINA y escribirlos con la nomenclatura tradicional. Cuando la AMINA no sea la función principal debemos llamarla como un radical, esto es, con el nombre de AMINO. Cuando la AMINA esté unida en forma directa a un anillo bencénico se le denomina ANILINA. 24
  • 25. 10. Amidas O O R NH2 R NH R' Son compuestos orgánicos que poseen el grupo funcional carbamida. Las amidas se forman por reacción entre un derivado de ácido carboxílico (haluro de ácido) y una amina. Sufijo: AMIDA H2N O O O C H3C C CH3 H3C NH2 NH CH2 etanamida N - metil propanamida benzamida Las poliamidas son usadas ampliamente en la síntesis de fibras poliméricas sintéticas y estudios farmacológicos (medicamentos). 11. Nitrocompuestos O + R N - O Son hidrocarburos convencionales, sin embargo, al menos uno de sus hidrógenos ha sido reemplazado por el grupo funcional NITRO (-NO2). Sufijo: NITRO CH3 CH3 CH3 NO 2 O 2N NO 2 O 2N NO 2 H3C NO 2 H3C CH2 NO 2 nitro metano nitro etano nitro tolueno dinitro tolueno NO 2 trinitro tolueno (T.N.T) 25
  • 26. 12. Nitrilos R C N Son compuestos orgánicos derivados del ácido cianhídrico HC N . Aquí el hidrógeno del grupo funcional es sustituido por cadenas hidrocarbonadas. Sufijo: NITRILO Ejemplos: H3C CH2 CH2 C N H3C C N C N butanonitrilo etanonitrilo benzonitrilo cianuro de propilo cianuro de metilo cianuro de fenilo Para nombrar los nitrilos debemos considerar la cantidad de átomos de carbono que la cadena principal contiene y luego nombralo como si fuesen hidrocarburos corrientes, agregando el sufijo NITRILO. Otra forma consiste en identificar el grupo funcional –CN y nombrar el resto de la cadena como si fuesen radicales. Anteponemos en esta nomenclatura el prefijo CIANURO. 13. Isonitrilos R NC Son derivados del ácido isocianhídrico HNC , un gas de estructura similar al HCN, donde uno de los átomos de hidrógeno se sustituye por una cadena hidrocarbonada. Sufijo: Isonitrilo Ejemplos: H3C CH2 NC H3C CH2 CH2 CH2 CH2 NC etanoisonitrilo pentanoisonitrilo isocianuro de etilo isocianuro de pentilo 26
  • 27. 14. Compuestos de Grignard R M X Son hidrocarburos que incluyen un metal y un halógeno en su estructura. Este tipo de reactivos es ampliamente utilizado como precursor en reacciones de alquilación (alargar cadenas por ejemplo) muy importantes en química orgánica. Los metales más ampliamente usados son magnesio, cobre, y litio. Sin embargo, los llamados reactivos de Grignard sólo contienen Magnesio. El resto de compuestos con un metal y un halógeno unidos a una cadena hidrocarbonada se denominan genéricamente “compuestos organometálicos”. Los halógenos en tanto son, cloro bromo y yodo. Nomenclatura: (Halógeno) URO + DE + (hidrocarburo) IL + metal Ejemplos: Mg H3C CH2 CH2 Mg Br I bromuro de propil magnesio yoduro de ciclopentil magnesio SERIES ORGÁNICAS Series Homólogas: Conjunto de compuestos consecutivos de la misma función cuya diferencia está en un fragmento de CH2. Ejemplo: CH4 metano H3C CH3 etano H3C CH2 CH3 propano H3C CH2 CH2 CH3 butano H3C CH2 CH2 CH2 CH3 pentano Series Heterólogas: Conjunto de compuestos de diferente función orgánica, que derivan del mismo hidrocarburo. Ejemplo: O O H 3C CH2 O H C C H 3C H H 3C OH etanol etanal ácido etanoico 27
  • 28. Series Isólogas: Conjunto de compuestos que difieren entre sí en dos átomos de hidrógeno (H2). Ejemplo: H3C CH2 H2C CH HC C CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH3 CH3 CH3 pentano penteno pentino H3C CH2 H2C CH HC C CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 OH OH OH butanol butenol butinol ISOMERÍA Los isómeros son moléculas de igual o distinta función, que presentan similar fórmula general. Esto es, la disposición de los átomos es distinta, no así su proporción. Tomemos los siguientes ejemplos: etanol dimetil éter A) H3C CH2 OH H3C O CH3 O O C C CH3 B) CH2 H3C CH2 H3C CH2 H butanal 2 - butanona En A) la fórmula molecular de ambos compuestos es C2H6O En B) la fórmula molecular de ambos compuestos es C4H8O Se dice que ambas parejas son ejemplos de isómeros. En el caso de la pareja A) uno es un alcohol corriente mientras que el otro un éter, sin embargo la cantidad de átomo es la misma (y en la misma proporción). En la pareja B) uno de ellos es un aldehído y el otro una cetona. Ambos por cierto, tienen la misma fórmula general. La importancia de los isómeros radica no sólo en la coincidencia de las fórmulas generales. Es sabido en química orgánica la enorme implicancia de la disposición espacial de ciertas moléculas aparentemente idénticas. A razón, de ésta y otras cualidades, se analiza el tema de isomería de manera parcelada. 28
  • 29. ISOMERÍA PLANA Tipos de isomería Isomería de Cadena Isomería de posición Isomería de compensación Isomería de función Isomería de cadena Pertenecen a la misma función química y difieren sólo en el tipo de cadena. Ejemplo: CH3 CH2 CH2 CH3 CH3 H3C HC H3C CH2 CH2 CH2 CH2 n - hexano 3 metil pentano El n- hexano es una cadena alifática lineal, en cambio el 3 – metil pentano es una cadena ramificada. Isomería de posición Pertenecen a la misma función orgánica, pero se diferencian en la posición de un radical o una insaturación Ejemplo: 3 - hexeno 1 - hexeno 2 - hexeno C6 H12 H3C CH2 H2C CH H3C CH CH CH CH2 CH2 CH CH2 A) CH2 CH3 CH2 CH3 CH2 CH3 OH HO H3C HC C5 H12 O CH2 CH2 H3C CH2 CH2 CH2 B) CH2 CH2 CH CH2 CH3 CH3 HO 2 - pentanol 1 - pentanol CH3 3 - pentanol 29
  • 30. Isomería de compensación (metamería) Pertenecen a la misma función química, pero se diferencian en la posición de un heteroátomo. Ejemplos: H3C CH2 H3C CH2 CH2 NH NH CH2 CH3 CH3 C4 H11 N metil - propil amina dietil amina H3C CH2 CH2 O CH2 CH2 CH3 H3C O CH2 CH2 CH2 CH2 CH3 dipropil éter metil - pentil éter C6 H14 O Isomería de función Difieren en la función química, pero tienen la misma fórmula general. Ejemplo: etanol dimetil éter H3C CH2 OH H3C O CH3 C2 H 6 O O O C C CH3 CH2 H3C CH2 C4 H 8 O H3C CH2 H butanal 2 - butanona Tautomería: Los tautómeros son isómeros de función que se encuentran en equilibrio en solución acuosa. Dos ejemplos comunes son: O H3C CH C H3C CH2 H CH OH propanal propenol O OH H3C C H2C C CH3 CH3 2 propanona 1 - propeno - 2 - ol 30
  • 31. ISOMERÍA ESPACIAL (ESTEREOISOMERÍA) Los isómeros son compuestos que difieren entre sí por la disposición espacial de sus átomos. Mostraremos dos casos de isomería espacial: Isomería geométrica Isomería óptica Isomería geométrica (isomería Cis – Trans) Consideremos el compuesto 1, 2 - dicloro - eteno Cl CH CH Cl La hibridación sp2 de los carbonos indica que la molécula es plana y por tanto los radicales de cloro se disponen cada uno sobre y bajo el plano, o bien ambos al mismo lado. Respecto de esto se generan dos moléculas diferentes, “no superponibles” de 1,2 - dicloro - eteno. Éstos son los denominados isómeros geométricos. El isómero que presenta los dos átomos de cloro del mismo lado, en relación al plano determinado por el doble enlace, es llamado CIS y el otro es un isómero TRANS. 31
  • 32. Veamos otro ejemplo: El ácido butenodioico también presenta dos isómeros geométricos: el ácido butenodioico CIS (o ácido maleico) y el ácido butenodioico TRANS (o ácido fumárico). Se pueden concluir, que la existencia de isomería geométrica o Cis-trans está condicionada a la existencia de un doble enlace en la cadena carbónica. Isomería óptica Ciertas sustancias químicas tienen el poder de desviar el plano de vibración de la luz polarizada; la luz polarizada vibra sólo en un plano, al contrario de la luz natural, que está constituida de ondas vibrando en todas las direcciones. Diremos que las sustancias que desvían el plano de vibración de la luz polarizada tienen actividad óptica o que ellas son ópticamente activas. En el caso que el desvío ocurra para la derecha, diremos que son dextrógiras; ocurriendo lo inverso, diremos que se trata de sustancias levógiras. Desvío a la derecha  → dextrógira (d) Desvío a la izquierda ←  levógira (l) l Un ejemplo: 32
  • 33. Para nuestro interés, podemos considerar que la actividad óptica de una sustancia es producto de su asimetría molecular. Asimetría molecular ⇒ actividad óptica El carbono asimétrico es denominado centro estereogénico (señalado C*) y corresponde a aquel unido a cuatro radicales diferentes. * Por ejemplo, el carbono señalado del ácido láctico es asimétrico. Si la molécula presenta al menos un centro estereogénico se le denomina quiral y por lo tanto tendrá actividad óptica. Podemos encontrar dos ácidos lácticos, con comportamiento diferente, sólo porque uno de ellos desvía la luz polarizada en el sentido dextrógiro y el otro en el levógiro. Para diferenciarlos recurrimos a la nomenclatura especial d y l . espejo ácido láctico d ácido láctico l Vemos en el ejemplo que existen dos estructuras moleculares no superponibles; cada una corresponde a una de dos tipos de moléculas de ácido láctico. Ésto se observa como si una fuese la imagen especular de la otra, por tanto podemos diremos que las dos moléculas son isómeros ópticos: Los dos isómeros, el dextrógiro y el levógiro, son llamados ENANTIÓMEROS Una mezcla formada por cantidades equimoleculares de dos enantiómeros se denomina mezcla racémica y es ópticamente inactiva. Para compuestos con más de un átomo de carbono asimétrico y diferente, se encuentra el número de isómeros activos por la fórmula 2n siendo n el número de átomos de carbonos asimétricos (centros estereogénicos). 33
  • 34. REACCIONES ORGÁNICAS Reacciones de Sustitución Son un tipo de reacción muy común en los laboratorios orgánicos y consiste en sustituir al menos un átomo de hidrógeno de un hidrocarburo por otro u otros átomos. Las reacciones más importantes son: Nitraciones Sulfonaciones Halogenaciones Nitración: ∆ R — H + HO — NO2  → H2O + R —NO2 CH CH NO 2 HC CH ∆ HC C HC CH + HNO3 HC CH + H2O CH CH Note que un hidrógeno del benceno es sustituido por un grupo NITRO proveniente de la molécula de ácido nítrico (HNO3) Sulfonación: ∆ R — H + HO — SO3H  → H2O + R — SO3H CH CH SO 3H HC CH ∆ HC C HC CH + H2SO4 HC CH + H2O CH CH Cloración: R — H + Cl — Cl → HCl + R — Cl luz H H I I H3C — C — CH3 + Cl — Cl HCl + H3C — C — CH3 I I H Cl propano 2-cloropropano 34
  • 35. Reacciones de Adición Se visualizan por la adición de átomos o grupos de átomos generalmente con rompimiento de enlaces π de dobles y triples enlaces. Hay muchos ejemplos de reacciones de adición y en muchas funciones. En los hidrocarburos tenemos, por ejemplo, la cloración de los alquenos, la hidrogenación de alquenos obteniendo alcanos, las polimerizaciones por adición, etc. Ejemplo: H3C CH2 H3C CH2 Cl CH2 + Cl Cl CH CH CH2 Cl buteno 1, 2 dicloro butano En la reacción dos átomos de cloro saturan al alqueno y lo transforman en un halogenuro de alquilo (compuesto halogenado). Los fragmentos que se incorporan en la molécula son iguales, así que poco importa conocer a cual de los carbonos va una especie o la otra. Sin embargo, observemos el siguiente ejemplo: H3C CH2 H3C CH2 H H3C CH2 Cl CH2 + + H Cl CH CH CH2 CH CH2 Cl H buteno 2 cloro butano 1 cloro butano 90% 10% Observamos que en esta reacción de adición, un porcentaje mayoritario es el isómero 2 cloro butano. Las razones de esta desigualdad responden a una estabilidad energética de los compuestos intermediarios a esta reacción (carbocationes). Para justificar el por qué la reacción es más espontánea en uno u otro caso se utiliza la regla de markovnikoff Regla de Markovnikoff: La adición de hidrógeno se hará en el carbono más hidrogenado, cuando se trata de un doble enlace asimétrico). 35
  • 36. Reacciones de Eliminación En estas reacciones algunos átomos o grupos son eliminados de la sustancia, dando origen a otra, más condensada y con eventual aparecimiento de dobles y/o triples enlaces. Ejemplo: CH 2 H 3C CH2 Cl CH 2 CH 2 CH 2 CH CH 3 ZnCl HC HC + Zn H 3C CH 2 CH + 2 CH 3 Cl Reacciones de Combustión La combustión completa de una sustancia orgánica da origen a dióxido de carbono (gas carbónico) y agua. La combustión incompleta, en función de la cantidad de oxígeno comburente disponible, da origen a monóxido de carbono o también carbono. En orden decreciente de oxígeno disponible obtendremos, por lo tanto, CO2, CO o C. Ejemplos: Combustiones completas: CH4 + 2 O2  → CO2 + 2 H2O metano 5 C2H2 + O2  → 2 CO2 + H2O 2 etino (acetileno) C3H8 + 5 O2  → 3 CO2 + 4 H2O propano 17 Combustión incompleta: C8H18 + O2  → 8 CO + 9 H2O 2 9 C8H18 + O2  → 8 C + 9 H2O 2 3 CH4 + O2  → CO + 2 H2O 2 CH4 + O2  → CO + 2 H2O 36
  • 37. Fermentaciones Dos de las más importantes fermentaciones son la alcohólica y acética. Las enzimas o microorganismos son catalizadores de estas reacciones. Fermentación alcohólica Se parte de azúcar y se obtiene alcohol etílico (etanol). C12H22O11 + H2 O invertasa →   2 C6H12 O6 sacarosa C6H12O6 zimasa →  2 C2H5 OH + 2 CO2 glucosa Fermentación acética Se parte de soluciones alcohólicas y se obtiene ácido acético (etanoico), constituyente del vinagre. H3C − CH2 − OH + O2  → H3C − COOH + H2O Oxidación de Alcoholes La oxidación de alcoholes primarios forma inicialmente aldehidos y luego ácidos carboxílicos y la oxidación de alcoholes secundarios forma cetonas. alcohol primario O O oxidación parcial oxidación total H3C CH2 OH C C H CH3 H3C OH etanol etanal ácido etanoico alcohol secundario O OH oxidación total H3C C H3C HC CH3 CH3 2 propanol 2 propanona dimetil cetona alcohol terciario OH C oxidación total H3C NO HAY REACCIÓN!!! CH3 H3C 37
  • 38. Deshidrataciones de alcoholes Son reacciones importantes para la obtención de alquenos y éteres. Ejemplo: deshidratación intramolecular H3C CH2 OH + H2SO4 H2C CH2 + H2O etanol etileno eteno deshidratación intermolecular CH2 CH2 2 H3C CH2 OH + H2SO4 H2O + CH3 H3C O etanol dietil éter 38
  • 39. PRIORIDADES DE LOS GRUPOS FUNCIONALES FUNCIÓN FÓRMULA PRIORIDAD PREFIJO SUFIJO ÁCIDOS -carboxilico -COOH 1 carboxi CARBOXILICOS -oico ÁCIDOS -SO3H 2 sulfo -sulfónico SULFONICOS -oato de R ÉSTER -COO-R 3 R-oxicarbonilo -carboxilato de R HALUROS -CO-X 4 haloformil -haluro de oilo DE ÁCIDO -carboxamida AMIDAS -CO-NH2 5 carbonil -amida -carbonitrilo NITRILOS -C≡N 6 ciano -A-nitrilo -carbaldehído ALDEHIDOS -CHO 7 formil -al CETONAS -CO-R 8 oxo -ona ALCOHOLES -OH 9 hidroxi -ol AMINAS -NH2 10 amino -R-amina ETERES -O-R 11 R-oxi -R-éter – C =C – 12 en -eno ALQUENOS ALQUINOS –C≡C– 13 in -ino HALOGENOS –X 14 halo --- NITROCOMPUESTOS -NO2 15 nitro --- RADICALES nombre del --- ALQUILICOS -R 16 radical NOTA:Los halógenos y radicales alquílicos, aunque no son grupos funcionales, han sido incluídos en esta tabla para destacar sus prioridades relativas. 39
  • 40. TEST DE EVALUACIÓN MÓDULO 09 1. Hoy es correcto afirmar que A) todo compuesto que tenga carbono necesariamente es considerado un compuesto orgánico. B) los compuestos orgánicos no pueden ser sintetizados artificialmente en un laboratorio. C) todo compuesto considerado orgánico debe contener necesariamente el elemento carbono. D) sólo los seres vivos son poseedores de una fuerza vital capaz de producir compuestos orgánicos. E) a partir de un compuesto inorgánico es imposible obtener un compuesto orgánico. 2. Al hacer una comparación general entre un compuesto orgánico y uno inorgánico, el orgánico A) presenta puntos de fusión y ebullición más bajos. B) no presenta isomería. C) deja iones en libertad de movimiento fácilmente. D) es muy soluble en agua. E) difícilmente se combustiona. 3. La química orgánica está basada en el elemento carbono y presenta una extraordinaria diversidad de compuestos. Esto se debe fundamentalmente a A) la tetravalencia del carbono. B) la gran diversidad de hibridación del carbono. C) que los átomos de carbono tienden a unirse entre sí formando cadenas. D) que son producidos por todos los seres vivos. E) que el elemento carbono es un no metal. CH3 4.- En el compuesto CH3 - C - CH2 - CH3 hay / CH3 Carbonos Carbonos Carbonos Carbonos Primarios Secundarios Terciarios Cuaternarios A) 2 2 1 0 B) 3 2 0 2 C) 4 0 1 1 D) 4 1 0 1 E) 5 0 0 1 40
  • 41. 5. El compuesto CH3 - C = CH2 tiene una cadena / CH3 A) abierta, saturada, ramificada y homogénea. B) alifática, insaturada, ramificada y homogénea. C) alifática, insaturada, normal y heterogénea. D) cíclica, insaturada, ramificada y homogénea. E) mixta, saturada, normal y heterogénea. 6. De los siguientes compuestos, el que tiene una cadena carbónica alifática, normal, insaturada y heterogénea es A) CH3 - O - CH2 - CH3 O  B) CH3 - C - CH2 - CH3 C) CH2 = CH - NH - CH3 D) CH=CH / CH2 CH2 / O E) CH3 - C=O OH CH3 7.- El tolueno, , es un solvente que fue utilizado mucho tiempo en algunos adhesivos y cuya inhalación frecuente y prolongada genera daños irreparables a la salud. Su cadena es A) cíclica y aromática. B) alifática e insaturada. C) cíclica y alicíclica. D) acíclicas y aromática. E) alifática y ramificada. 41
  • 42. 8. Sólo una de las siguientes correspondencias entre la estructura de un compuesto orgánico y la clasificación de su cadena carbónica es correcta. Indíquela O A) CH3 – C alifática, heterogénea y saturada OH B) CH3 – O – CH3 alifática, homogénea y saturada C) CH3 – C – CH3 alifática, homogénea y saturada ll O D) CH3 – NH – CH3 alifática, heterogénea e insaturada E) CH2 cíclica, homocíclica y aromática CH2 — CH2 9. A partir del compuesto acetileno, C2H2, se puede obtener eteno, C2H4 y etano, C2H6 a través de sucesivas hidrogenaciones: CH ≡ CH + H2 → CH2 = CH2 + H2 → CH3 - CH3 acetileno eteno etano Con respecto a lo descrito, es incorrecto afirmar que A) el etano presenta cadena saturada. B) la cadena más insaturada, es la del acetileno. C) el eteno tiene cadena insaturada. D) los tres compuestos son apolares E) sólo el acetileno es aromático. 10. El compuesto orgánico CH2 = CH - CH - CH3 CH3 A) tiene cadena saturada y ramificada. B) tiene sólo carbonos con hibridación sp3. C) presenta cadena heterogénea y normal. D) es de cadena alicíclica. E) su cadena es ramificada y homogénea. Puedes complementar los contenidos de esta guía visitando nuestra web http://clases.e-pedrodevaldivia.cl/ DSIQM09 42