Q U Í M I C A O R G Á N I C A

CARBONO FULERENOEl 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 porvarias decenas de átomos de carbono en una estructura cerrada. Se descubren en el año 1985 deforma casual, en un estudio electroquímico del carbono. Tras ser aislados y luego de numerososestudios espectroscópicos, se dedujo que la gran mayoría de las moléculas de este material teníanaproximadamente 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 lafabricación de microfibras que sirven por ejemplo para fabricas telas sintéticas para la ropa dedeporte de alta competencia.

CURSO: QUÍMICA MENCIÓN

MATERIAL QM Nº 24

2

LA QUÍMICA ORGÁNICA

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

Ejemplos hay muchos:

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.

El azúcar común es un hidrato de carbono vital.

La gasolina es uno de los combustibles de mayor uso en el mundo.

El éter es un solvente de uso masivo en la industria e inclusive en farmacias y hospitales.

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

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

EL CARBONO

Hay tantos compuestos orgánicos, naturales y sintéticos, que son clasificados y separados enfunciones. La clasificación en funciones orgánicas se realiza de acuerdo con la estructuramolecular y el comportamiento químico de los compuestos.

El carbono es un elemento no metálico perteneciente al grupo IV-A del sistema periódico, portanto:

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

Se puede inferir entonces que:

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 y las maneras condensadas de dibujar las moléculasorgánicas:

H

H

H

H

C H 4C

M e t a n o

Aquí tenemos dos dibujos uno con los enlaces explícitos y otro donde sólo informamos laestructura.

3

Para la estructura del butano en cambio, se ilustran las formas antes vistas y agregamos unanueva manera de dibujar, mucho más útil pues permite dibujar moléculas grandes sincomplicación alguna.

En esta forma esquemática cada vértice corresponde a un carbón, los hidrógenos no sedibujan y los enlaces entre carbonos se representan por una línea, en el caso de unenlace simple, dos líneas para uno doble y tres líneas para uno triple.

H

H

H

H

H H

H H

H

H

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

B u ta n o

Con lo anterior el 1-Buteno se escribe como sigue:

H

H

H

H

H H

H

H

C C C C

1 - B u te n o

Enlace entre carbonos

Los enlaces entre átomos de carbono pueden ser:

A) Simples (hibridación sp3): cuando 2 átomos se unen por apenas una unidad de valencia, engeneral este tipo de enlace ocurre entre dos orbitales híbridos o entre uno híbrido y unorbital s, a este tipo de enlace se le denomina enlace .

Enlace :

E nlaces s igm a

Ejemplo: , simplificando o

propanoH

H

H

H

H H

H

H

C C C CH3 CH2 CH3

4

B) Dobles (hibridación sp2): cuando dos átomos se unen por dos unidades de valencia, paraesto utilizan orbitales p interactuando paralelos, además del enlace sigma, el enlace formadopor los orbitales p se llama enlace .

Enlace :

Un Enlace pi

Ejemplo:

HH

H

HHH

H

H

C H 2 C H 2

C C

F o r m a s d e r e p r e s e n t a r e l e t e n o

Eteno

C) Triples (hibridación sp): cuando dos átomos se unen por tres unidades de valencia, para esteenlace se necesitan dos pares de orbitales p paralelos entre ellos, además del enlace sigma.

Dos enlaces :

Dos enlaces pi entre átomos de carbono

Ejemplo:

H H

HH C C

Representaciones del etino

5

Fórmulas Estructurales Espaciales

En general el átomo de carbono mantiene la geometría de la hibridación, es decir, un carbono sp3

tendrá geometría tetraédrica con ángulos de enlace de 109.5º.

HH H

H

C1 0 9 . 5 º

M e t a n o

El carbono sp2 tiene una geometría trigonal plana donde los ángulos de enlace son de 120ºaproximadamente.

C C

H

H

H

H

1 1 7 . 2 º

1 2 1 . 4 º

E t e n o

El carbono sp tiene geometría lineal con ángulos de enlace de 180º, como en el ya mencionadoetino.

HH C C

1 8 0 º

E t i n o

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

HH

H H H

C C C

P r o p a n o

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

6

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

C H 3

C H 3

CH 3

H

C

2 - M e t i l P r o p a n o

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

C H 3

C H 3

CH 3

C H 3

C

2 , 2 - D i m e t i l P r o p a n o

CADENAS HIDROCARBONADAS

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

Podemos clasificar las cadenas carbónicas en tres grandes grupos:

a) Cadenas abiertas (acíclicas o alifáticas)

Ejemplo:

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

n - heptano

CH 3 CH CH C H 3

C H 3

C H 3

2 , 3 dimetil butano 2 , 3 dimetil butano2 , 3 dimetil butano2 , 3 dimetil butano

b) Cadenas cerradas, también llamadas cíclicas.

Ejemplo:

C H 2

C H 2CH 2

C H

C H

C H

C H

CH

CH

ciclo propano benceno

7

c) Cadenas mixtas

Ejemplo:

CH 2

C H 2

C H 3

C H 3

1 , 3 dietil ciclohexano

Clasificación de las Cadenas Alifáticas

Normal o Recta Sin ramificaciones, secuencia lineal.Ramificada Con ramificaciones.

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

n - hexanolineal

CH 3 CH C H 2 C H C H 3

C H 3

CH 3

2,4 dimetil pentano

Saturada Sólo enlaces simples.Insaturada Posee al menos un enlace doble y/o triple.

CH 3 C H C H 2 C H

O H

C H C H 3

CH 3

C H 3

saturada

CH 3 C C H C C C H 3

C H 3

insaturada

Homogénea Sólo átomos de carbono en la cadena.Heterogénea Hay un átomo diferente (heteroátomo) al carbono en la cadena

CH 3 C H 2 C H C H 3

O H

CH 3 C H 2 O C H 3

homogénea heterogénea

8

Clasificación de las cadenas Cíclicas

Saturada Sólo enlaces simples.Insaturada Al menos un enlace doble y/o triple.

saturada insaturada

Homocíclica Sólo átomos de carbono.Heterocíclica Hay heteroátomo.

N

N

O

homocíclicas heterocíclicas

Las cadenas homocíclicas pueden también ser:

Aromáticas Poseen a lo menos un núcleo bencénicoAlicíclicas Son todas las cadenas homocíclicas NO aromáticas

AROMÁTICAS

ALICÍCLICAS(NO AROMÁTICAS)

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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 cadenaprincipal.

Nº DE ÁTOMOS DECARBONO PREFIJO

12

3 4 5 6 7 8 9101112132021222330

METET

PROPBUT

PENTHEXHEPTOCTNONDEC

UNDECDODECTRIDEC

ICOSHENICOSDOCOSTRICOS

TRIACONT

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 esun hidrocarburo tendrá el sufijo o, si es una cetona será ona, etc.

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RADICALES ORGÁNICOS

Son fragmentos moleculares ubicados en la cadena principal (central). Poseen una nomenclaturaespecial que los identifica. Lo corriente es:

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

Algunos radicales comunes (se incluyen ambas formas de nomenclatura)

CH3

CH3

CH3 CH2

CH3

CCH3 CH3CH3

CH2CH2

CH2CH3

Cl

metil

etilisopropil

n-propil

secpropil

ter-butil

o

n -butil

fenil

cloro

ciclopentil

NOMENCLATURA DE HIDROCARBUROS

Los hidrocarburos se caracterizan por ser compuestos formados solamente por átomos de carbonoe hidrógeno. Existen cadenas de hidrocarburos alifáticas y cíclicas, más aún, los hay saturados einsaturados. 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 hidrocarburosexistentes:

De acuerdo con el tipo de cadena, se conocen:

1. ALCANOS

2. ALQUENOS

3. ALQUINOS

4. ALCADIENOS

5. CICLOALCANOS

6. CICLOALQUENOS

7. AROMÁTICOS

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ALCANOS (HIDROCARBUROS PARAFÍNICOS)

FÓRMULA GENERAL: CnH2n+2

Algunas propiedades

El uso principal de los alcanos es como combustibles. La gran mayoría de ellos proviene delcrudo de petróleo.

De 1 a 4 carbonos por molécula son gases. De 5 a 16 átomos de carbonos por moléculasson 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 moléculasno polares y prácticamente insolubles en agua.

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

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 ALFABÉTICO y considerandoel número del carbono que soporta el radical. A continuación utilizar la nomenclaturaestandarizada para la cadena principal (prefijo, medio y sufijo).

Ejemplo:

1. Encuentre la cadena principal en el compuesto. Eneste caso, diez carbonos => decano (la más larga).

2. Numere la cadena principal desde un extremo al otrode tal forma que se asigne el número más pequeñoposible al “primer punto de diferencia” (radical).

12

3

4 56

7

8

9

10

3. Nombre cada sustituyente o ramificación diferenteen la cadena principal. Nombre los sustituyentes quesean iguales una sola vez. En este caso: metil, etil,propil.

metil propil

metil etil

4. Alfabetice los sustituyentes. Etil metil propil

5. Escriba el nombre completo del compuesto comouna sola palabra insertando prefijos de posición,multiplicativos, etc. antes de cada sustituyente yagregando el nombre padre y sufijo al final.

4-etil-2,3-dimetil-5-propil decano

12

IMPORTANTE:

1. Los prefijos mutiplicativos (DI, TRI, TETRA, etc) no deben considerarse en la alfabetización deradicales.

2. Si el radical el cíclico, sólo se considera la raíz del radical para la alfabetización.

Ciclobutano < ciclopropano

3. Deben considerarse por completo aquellos radicales con nomenclatura compleja, vale decir:

Isopropil < propil butil < terbutil

FUNCIONES ORGÁNICAS

A pesar de la pequeña cantidad de átomos que se pueden enlazar para formar moléculasorgánicas, la gran variedad de enlaces y la diversidad de estructuras dan origen a múltiplesfunciones orgánicas distintas

R R R´R X

R NH2

R

R R´

RR

R R´

R R´

R1 R2

R3R4

Funciones OrgánicasAlquinos

Éteres

Alquenos

AminasAlcoholes

Cetonas

Aldehídos

Amidas

Halurosde ácido

ÉsterÁcidos Carboxílicos

CO2H CO2

CO

CO

COH

CO

OHNH2

O

C C

C C

13

ALCENOS O ALQUENOS(OLEFINAS)

Son hidrocarburos alifáticos insaturados con al menos una instauración.

Su fórmula general (válida para alquenos con una insaturación) es CnH2n

Los alcadienos (2 insaturaciones) tienen fórmula general CnH2n-2

De los alcenos, el eteno o etileno es el compuesto orgánico comercial más importante.

Algunos ejemplos corrientes de alcenos:

CH 3 C H 3

C H 3

H

E s e n c i a d e t r e m e n t i n ao a g u a r r á s

Farneseno, presente en la p ie l de las m anzanas

Regla de nomenclatura

1. Elegir como cadena principal aquella que contenga la mayor cantidad de insaturaciones, noimportando 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 alfabético), considerando elnúmero del carbono que soporta el radical. A continuación utilizar la nomenclaturaestandarizada para la cadena principal (prefijo, medio y sufijo), teniendo en cuenta, laparte media correspondiente a la regla para los alquenos. Indicar con número el o loscarbono(s) que poseen la insaturación.

Ejemplo práctico:

1

2

34

56

78

3 - b u t i l - 2 - o c t e n o

Nombrado como 3-butil-2-octeno y no como deceno (la cadena más larga posee 10 átomos decarbono), pues en ese caso el doble enlace no estaría completamente contenido dentro de lacadena.

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ALQUINOS O ALCINOS (HIDROCARBUROS ACETILÉNICOS)

Son los hidrocarburos alifáticos con enlace triple.

Fórmula General: CnH2n-2 (válida para alquinos con un triple enlace).

Ejemplos:

HH C C C C1,3-Butadiinoo Diacetileno

Presente en la atmósfera ricaen carbón de Urano, Neptunoy Plutón

Regla de nomenclatura

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

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

3. Nombrar la cadena, partiendo con los radicales (en orden alfabético), considerando elnúmero del carbono que soporta el radical. A continuación utilizar la nomenclaturaestandarizada para la cadena principal (prefijo, medio y sufijo). Indicar con número el o loscarbono(s) que poseen la insaturación.

Ejemplo práctico:

3- Propil-1,4-Hexadiino

12

3

4

5

6

Algunas propiedades de alquenos y alquinos

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 losalcanos. Estos compuestos presentan generalmente reacciones de adición, y por tanto esposible saturarlos de átomos de hidrógeno.

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

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CICLOALCANOS Y CICLOALQUENOS

Cicloalcanos: También llamados ciclanos, presentan cadena cíclica con enlaces simples. Suuso principal en la industria es como solventes.

Su fórmula general es: CnH2n

Ejemplo:

Ciclopropano Ciclobutano Ciclopentano Ciclohexano

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

Fórmula general: CnH2n-2

Respecto de insaturaciones en moléculas orgánicas

Tanto un doble enlace (ya sea entre carbonos o entre un carbono y otro átomo) comoun ciclo se consideran cada uno una insaturación. Un triple enlace es considerado comodos insaturaciones

COMPUESTOS AROMÁTICOS

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

Ejemplos:

NB E N C E N O N A F T A L E N O P IR ID IN A

El núcleo bencénico puede ser la cadena principal o ser considerado como radical, en cuyo casodebemos llamarlo fenil. En la nomenclatura de los aromáticos, se debe destacar la posibilidad detres isómeros de posición, de acuerdo con los grupos unidos al benceno. Veremos más adelante ladefinición 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 esen los carbonos 1 y 4 tenemos el isómero PARA.

O H

O H

O H

O H

O H

O H

2 - H i d r o x i f e n o l 3 - H i d r o x i f e n o l 4 - H i d r o x i f e n o l

o r t o h i d r o x i f e n o l m e t a h i d r o x i f e n o l p a r a h i d r o x i f e n o l

P i r o c a t e c o l R e s o r c i n o l H i d r o q u i n o n a

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FUNCIONES ORGÁNICASCON HETEROÁTOMOS

1. DERIVADOS HALOGENADOS

Son derivados de un hidrocarburo, que poseen en su estructura átomos del grupo de loshalógenos (F, Cl, Br, I). Su nomenclatura es muy sencilla, sólo se indica el número delcarbón que sostiene al halógeno y el nombre del mismo.Ejemplos:

CH3Cl CH2Cl2 CHCl3 CCl4

ClorometanoCloruro de metilo

DiclorometanoCloruro de metileno

TriclorometanoCloroformo

TetraclorometanoTetracloruro de carbono

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

2. Éteres: (sufijo: ÉTER)

R O R ´

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

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

Existe otra nomenclatura que identifica el fragmento molecular R-O y lo nombra de unasola vez. Así entonces si R=CH3, se toma la raíz MET y se adiciona la porción OXI.

CH3 O CH3O CH3

CH3 O

Metoxi metano

CH3 CH2 CH2

Dimetil éter Metil propil éterMetoxi propano

Fenil metil éterMetoxi benceno

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3. Aminas

R NH2 R NH

R´ R NR´

R´´Primaria Secundaria Terciaria

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

CH 3 N H 2 CH 3 CH

C H 3

N H 2N H 2

M e til a m in a Is o p ro p il a m in a A n ilin a

Para nombrar las aminas debemos primero identificar los fragmentos radicales unidos algrupo 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 denominaANILINA.

4. ALCOHOLES: (sufijo: OL)

De fórmula R-OH presentan un grupo funcional -OH unido al carbón saturado.

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

monoalcohol un grupo OH

dialcohol o diol dos grupos OH

polialcohol n grupos OH

Ejemplos:

CH 3 O H

O H

CH 2

O H

CH 2 CH

O H

OH

C H 2

O H

C H 2C H 2

E t a n o l 1 , 2 - E t a n o d io lE t i le n g l ic o l

1 , 2 , 3 - P r o p a n o t r io lG l ic e r in a

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)

CUANDO LA FUNCIÓN MÁS IMPORTANTE NO ES EL ALCOHOL, DEBEMOS NOMBRARLO CON ELPREFIJO HIDROXI (NOMBRE USADO PARA LLAMARLO COMO UN RADICAL).

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5. FENOLES: (sufijo: FENOL)

Son compuestos orgánicos, donde el grupo OH se encuentra unido directamente a un núcleobencénico. Son mucho más ácidos que los alcoholes ordinarios, por lo tanto, se clasificancomo una función distinta.

Ejemplos:

OH

CH3

OH

Cl

OHCOOH

Para metil fenol Meta cloro fenolÁcido orto hidroxi benzoico

Ácido salicílico

6. CETONAS: (sufijo: ONA)

RO

R´C

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

Ejemplos:

O O

O

C H 3 CC H 2 C H 2 C H 3C H 3 C H 3C

2 -P e n ta n o n a 2 -P ro p a n o n a C ic lo h e x a n o n a

Otra forma menos corriente de nombrar a las cetonas consiste en dividir la molécula a partirdel grupo cetónico (carbonilo) y nombrar cada parte en orden alfabético tal si fueranradicales. Este método sólo sería válido para cetonas alifáticas.

En el ejemplo anterior la primera estructura se nombraría metil – propil cetona y lasegunda dimetil cetona.

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7. ALDEHÍDOS: (sufijo: AL)

Los aldehídos presentan como grupo funcional la porción carbaldehído.

RO

HC

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

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 O

C H O

C H 3 CC H 2 C H 2 HH HC

B u t a n a l M e t a n a l B e n z a ld e h íd o

8. Amidas: (sufijo: AMIDA)

RO

N H 2 RO

NH

RC C

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

O O

C H 3C H 3 CC H 2 C H 2 N H 2

B u ta n a m id a

C H 3 CC H 2 N H

N -m e til p ro p a n a m id a

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9. Ésteres: (Sufijo: ATO)

Son compuestos orgánicos que se forman por reacción entre un alcohol y un ácidocarboxílico, con eliminación de agua (una deshidratación). A esta reacción le llamamosesterificación, en tanto la reacción inversa se denomina hidrólisis.

Ejemplos de ésteres:

O

O C H

C H 3

C H 3

O

O C H 2 C H 3C H 3 CC H 2

P r o p a n o a t o d e i s o p r o p i l o B e n z o a t o d e e t i l o

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

10. Ácidos Carboxílicos: (sufijo: OICO)

RO

OHC

Poseen protones y los pueden liberar fácilmente en solución. Se pueden obtener poroxidación completa de un alcohol primario o un aldehído.

Su uso más común es el de solvente industrial, cosmético (cremas y jabones) y comocatalizador de reacciones químicas.

Ejemplos:

O

OH H

O

OH

COOH

CH3 C C

Ácido etanoicoÁcido acético

Vinagre

Ácido metanoico

Ácido órmico Ácido benzoico

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PRIORIDADES DE LOS GRUPOS FUNCIONALES

FUNCIÓN FÓRMULA PRIORIDAD PREFIJO SUFIJO

ÁCIDOSCARBOXILICOS

-COOH 1 carboxi -carboxilico-oico

ÁCIDOSSULFONICOS -SO3H 2 sulfo -sulfónico

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

HALUROSDE ÁCIDO -CO-X 4 haloformil -haluro de oilo

AMIDAS -CO-NH2 5 carbonil -carboxamida-amida

NITRILOS -CN 6 ciano -carbonitrilo-A-nitrilo

ALDEHIDOS -CHO 7 formil -carbaldehído-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

ALQUENOS – C =C – 12 en -eno

ALQUINOS – C C – 13 in -ino

HALOGENOS – X 14 halo ---

NITROCOMPUESTOS -NO2 15 nitro ---

RADICALESALQUILICOS -R 16

nombre delradical

---

NOTA:Los halógenos y radicales alquílicos, aunque no son grupos funcionales, han sido incluidos en estatabla para destacar sus prioridades relativas.

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ISOMERÍA ESPACIAL (ESTEREOISOMERÍA)

LOS ISÓMEROS SON COMPUESTOS CON LA MISMA FÓRMULA GLOBAL,PERO QUE DIFIEREN ENTRE SÍ EN LA DISPOSICIÓN ESPACIAL DE SUS ÁTOMOS.

Mostraremos dos casos de isomería espacial:

Isomería geométrica

Isomería óptica

ISOMERÍA GEOMÉTRICA (isomería E, Z)

Consideremos el compuesto 1-bromo – 2-cloro eteno

Cl

Br

Cl Br

La hibridación sp2 de los carbonos indica que la molécula es plana y por tanto los radicales decloro 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-bromo-2-cloroeteno. Éstos son los denominados isómeros geométricos.

El isómero que presenta los átomos o radicales más pesados del mismo lado, en relación al planodeterminado por el doble enlace, es llamado Z (antiguamente cis) y el otro es el isómero E(antiguamente Trans).

Otro ejemplo:

El ácido butenodioico también presenta dos isómeros geométricos: el ácido butenodioico Z (ácidomaleico) y el ácido butenodioico E (ácido fumárico).

O

OHO

O HO

O

OH

O H

Á c id o m a le ico , ZÁ c id o fu m á rico , E

De lo anterior se concluye que la existencia de isomería geométrica E-Z está condicionada a laexistencia de un doble enlace en la cadena carbónica.

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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 deondas vibrando en todas las direcciones. Diremos que las sustancias que desvían el plano devibración 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 loinverso, diremos que se trata de sustancias levógiras.

Desvío a la derecha dextrógira (d)

Desvío a la izquierda levógira ()

Un ejemplo:

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

Asimetría molecular actividad óptica

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

R1

R2

R3

R4 C*

DONDE R1R2R3R4

Si la molécula presenta al menos un centro estereogénico se le denomina quiral y por lo tantotendrá actividad óptica. Entonces existen dos estructuras moleculares no superponibles; cada unacorresponde a una de dos tipos de moléculas. Esto se observa como si una fuese la imagenespecular de la otra (espejo), por tanto diremos que las dos moléculas son isómeros ópticos:

Los dos isómeros, R y S son llamados ENANTIÓMEROS

Una mezcla formada por cantidades equimolares de dos enantiómeros se denomina mezclaracémica y es ópticamente inactiva.

Para compuestos con más de un átomo de carbono asimétrico y diferente, se encuentra el númerode isómeros activos por la fórmula 2n siendo n el número de átomos de carbonos asimétricos(centros estereogénicos). La clasificación moderna para este tipo de compuestos es R y S (unapara cada enantiómero), esta clasificación se llama absoluta y no tiene nada que ver con ladirección de desviación de la luz.

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ISÓMEROS FUNCIONALES

FUNCIONES ORGÁNICAS Y SUS PARES ISÓMEROS

ALCOHOL - ÉTER (Cn H2n+2 O)

CETONA - ALDEHÍDO (Cn H2n O)

ÁCIDO CARBOXÍLICO - ÉSTER (Cn H2n O2)

HIDROCARBUROS ISÓMEROS

CICLOALCANOS - ALCENOS (CnH2n)

CICLOALCENOS - AQUINOS - ALCADIENOS (CnH2n-2)

REACCIONES ORGÁNICAS

REACCIONES DE SUSTITUCIÓN

Son un tipo de reacción muy común en los laboratorios orgánicos y consiste en sustituir al menosun átomo de hidrógeno de un hidrocarburo por otro u otros átomos.Las reacciones más importantes son:

Nitraciones

Halogenaciones

Nitración:

R — H + HO — NO2 H2O + R —NO2

+ HNO3

NO2

+ OH2

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

Cloración:

R — H + Cl — Cl luz HCl + R —Cl

+ +CH 3 C H 3 C l C lLu z U .V

CH 3 C H 2 C l C lH

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REACCIONES DE ADICIÓN

Corresponden a la adición de átomos o grupos de átomos generalmente con rompimiento deenlaces de dobles y triples enlaces. La cloración de los alquenos, la hidrogenación dealquenos obteniendo alcanos y las polimerizaciones por adición, son todas reaccionesde adición.

Las reacciones de adición ocurren sobre insaturaciones y la molécula que se adiciona lo hace endos pasos:

Nu: Nucleófilo E : Electrófilo

Ejemplo 1:

CH3 CH2

CH CH2+ H Cl

CH3 CH2

CH CH2

Cl

H

buteno 2 cloro butano

90%

+CH3 CH2

CH CH2

H

Cl

1 cloro butano10%

Observamos que en esta reacción de adición, un porcentaje mayoritario es el isómero 2 clorobutano. Para justificar el por qué la reacción es más espontánea en uno u otro caso se utiliza laregla de markovnikoff.

Un nucleófilo es una especie química que tiene atracción por núcleos positivos, como porejemplo, carbocationes (carbonos con carga positiva). Todos los nucleófilos orgánicos presentan almenos un par de electrones no enlazados en su estructura.

Un electrófilo es una especie química con déficit electrónico (un carbocatión por ejemplo). En lasreacciones de sustitución el electrófilo es “atacado” por la especie nucleófila.

Regla de Markovnikoff:

“La adición de hidrógeno se hará en el carbono más hidrogenado,cuando se trata de un doble enlace asimétrico.”

Si bien la regla de Markovnikoff, puede enunciarse de esta simple forma, su origen estárelacionado con la energía de los compuestos intermediarios de la reacción, los carbocationes, ycon la estructura de éstos, si son primarios, secundarios o terciarios.

Ejemplo 2:CH3 CH2

CH CH2+ Cl Cl

CH3 CH2

CH CH2

Cl

Cl

buteno 1, 2 dicloro butano

En la reacción dos átomos de cloro saturan al alqueno y lo transforman en un halogenuro dealquilo (compuesto halogenado). Los fragmentos que se incorporan en la molécula son iguales, asíque poco importa conocer a cual de los carbonos va una especie o la otra.

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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:

Cl

Cl

+ Zn + ZnCl2

OXIDACIÓN DE ALCOHOLES

La oxidación de alcoholes primarios forma inicialmente aldehídos y luego ácidos carboxílicos y laoxidación de alcoholes secundarios forma cetonas.

CH 3 C H 2 O H C

O

H C H 3

oxidación parcial oxidación total

CH 3C

O H

O

etanoletanal ácido etanoico

CH 3 CH

C H 3

O Hoxidación total CH 3 C

C H 3

O

alcohol primario

alcohol secundario

2 propanol 2 propanonadimetil cetona

CH 3C

C H 3

O H

CH 3

alcohol terciario

oxidación total NO HAY REACCIÓN!!!

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DESHIDRATACIONES DE ALCOHOLES

Son reacciones importantes para la obtención de alquenos y éteres.

Ejemplo:

CH3 CH2 OH + H2SO4

deshidratación intramolecularCH2 CH2 + OH2

deshidratación intermolecular

2 CH3 CH2 OH H2SO4+ OH2CH3

CH2O

CH2CH3

+

etanol etilenoeteno

etanol dietil éter

REACCIONES DE ESTERIFICACIÓN

Los ésteres son funciones orgánicas compuestas que se pueden sintetizar a partir de alcoholes enreacción con ácidos carboxílicos. Esta síntesis va acompañada de eliminación de agua sedenomina síntesis por deshidratación. La reacción inversa a la esterificación se llama hidrólisis.

El esquema general es:

Alcohol + Ácido OH2 Éster

R’-OH + R-COOH OH2 R-COO-R’

CH3 OH

COOH

+C

O

O

CH3

OH2+ÁCIDO BENZOICO METANOL BENZOATO DE METILO

ESTERIFICACIÓN

HIDRÓLISIS

DMDQM24

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