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INTRODUCCION
La mayoría de los productos que utilizamos en nuestra vida cotidiana como
alimentos, medicamentos, detergentes, cosméticos, jabones, recipientes de plástico, nuestras ropas y muchos productos más, que pueden ser tan diferentes entre ellos, pero químicamente guardan una relación estrecha en lo que se refiere
a los elementos que lo forman: todos son compuestos de carbono.
La Química orgánica es la encargada de estudiar los compuestos del carbono, con excepción de los carbonatos, bicarbonatos, cianuros y algunos otros compuestos sencillos.
Se cree que fue TorbernBergmann el primero en clasificar a los compuestos en
orgánicos, como aquellos que provenían de los organismos vivos y los inorgánicos, como aquellos que provenían de los minerales. Los químicos de esa época (siglo XVIII) creían que los compuestos orgánicos contenían una fuerza vital
proporcionada por las células vivas, por lo que sólo se podían obtener a partir de seres vivos.
Sin embargo en 1828 Wöhler a partir de una sal de cianato de amonio obtiene urea (un compuesto de la orina), realiza la síntesis de un compuesto orgánico a
partir de un inorgánico sin la intervención de un ser vivo, por lo que deja de ser valido el hecho de que sólo se podían obtener compuestos orgánicos a partir de
seres vivos.
UNIDAD 1 LA QUIMICA ORGANICA OBJETIVOS:
Establecer la importancia del estudio de la química organica.
Establecer un conocimiento amplio sobre la importancia que tiene el desarrollo de la química en nuestra sociedad.
Indicar la importancia de la química organica en el desarrollo económico y dentro de la soceidad
TEMA 1.1 DEFINICION DEL CONCEPTO DE QUIMICA ORGANICA
La química orgánica o química del carbono es la rama de la química que estudia
una clase numerosa de moléculas que contienen carbono formando enlaces covalentes carbono-carbono o carbono-hidrógeno y otros heteroátomos, también conocidos como compuestos orgánicos. Friedrich Wöhler es conocido como el
padre de la química orgánica.
La química orgánica se constituyó o se instruyo como disciplina en los años treinta. El desarrollo de nuevos métodos de análisis de las sustancias de origen animal y vegetal, basados en el empleo de disolventes como el éter o el alcohol,
permitió el aislamiento de un gran número de sustancias orgánicas que recibieron el nombre de "principios inmediatos". La aparición de la química orgánica se
asocia a menudo al descubrimiento, en 1828, por el químico alemán Friedrich Wöhler, de que la sustancia inorgánica cianato de amonio podía convertirse en urea, una sustancia orgánica que se encuentra en la orina de muchos animales.
Antes de este descubrimiento, los químicos creían que para sintetizar sustancias
orgánicas, era necesaria la intervención de lo que llamaban ‘la fuerza vital’, es decir, los organismos vivos. El experimento de Wöhler rompió la barrera entre sustancias orgánicas e inorgánicas.
Los químicos modernos consideran compuestos orgánicos a aquellos que
contienen carbono e hidrógeno, y otros elementos (que pueden ser uno o más), siendo los más comunes: oxígeno, nitrógeno, azufre y los halógenos.
En 1856 Sir William Henry Perkin, mientras trataba de estudiar la quinina, accidentalmente fabricó el primer colorante orgánico ahora conocido
como malva de Perkin. Este descubrimiento aumentó mucho el interés industrial por la química orgánica.
La diferencia entre la química orgánica y la química biológica es que en la química biológica las moléculas de ADN tienen una historia y, por ende, en su estructura
nos hablan de su historia, del pasado en el que se han constituido, mientras que una molécula orgánica, creada hoy, es sólo testigo de su presente, sin pasado y sin evolución histórica.
1675: Lémery clasifica los productos químicos naturales, según su origen
en minerales, vegetales y animales.
1784: Antoine Lavoisier demuestra que todos los productos vegetales y
animales están formados básicamente por carbono e hidrógeno y, en menor proporción, nitrógeno,oxígeno y azufre.
1807: Jöns Jacob Berzelius clasifica los productos químicos en:
Orgánicos: los que proceden de organismos vivos. Inorgánicos: los que proceden de la materia inanimada.
1816: Michel EugèneChevreul prepara distintos jabones a partir de
diferentes fuentes de ácidos grasos y diversas bases, produciendo así distintas sales de ácidos grasos (ojabones), que no resultaron ser más que
productos orgánicos nuevos derivados de productos naturales (grasas animales y vegetales).
1828: Friedrich Wöhler sintetiza a partir de sustancias inorgánicas y con técnicas normales de laboratorio, creó la sustancia Urea, la segunda sustancia orgánica obtenida artificialmente, luego del oxalato de
amonio.
La gran cantidad de compuestos orgánicos que existen tiene su explicación en las características del átomo de carbono, que tiene cuatro electrones en su capa de valencia: según la regla del octeto necesita ocho para completarla, por lo que
forma cuatro enlaces (valencia = 4) con otros átomos. Esta especial configuración electrónica da lugar a una variedad de posibilidades de hibridación orbital del
átomo de Carbono (hibridación química). La molécula orgánica más sencilla que existe es el Metano. En esta molécula, el
carbono presenta hibridación sp3, con los átomos de hidrógeno formando un tetraedro.
El carbono forma enlaces covalentes con facilidad para alcanzar una configuración estable, estos enlaces los forma con facilidad con otros carbonos, lo que permite
formar frecuentemente cadenas abiertas (lineales o ramificadas) y cerradas (anillos).
TEMA 1.2 LA RELACION DE LA QUIMICA ORGANICA CON OTRAS CIENCIAS
La Química orgánica es la rama de la química que estudia una clase numerosa de
moléculas que contienen carbono formando enlaces covalentes carbono-carbono o carbono-hidrógeno, también conocidos como compuestos orgánicos. Friedrich Kekulé es conocido como el padre de la química orgánica.
Estas son algunas de las ramas más importantes:
Bioquímica: estudia la base molecular de la vida. En los procesos vitales
interaccionan un gran número de substancias de alto peso molecular o macromoléculas con compuestos de menor tamaño, dando por resultado un
número muy grande de reacciones coordinadas que producen la energía que necesita la célula para vivir, la síntesis de todos los componentes de
los organismos vivos y la reproducción celular. Síntesis orgánica: es la construcción planificada de moléculas orgánicas
mediante reacciones químicas. A menudo las moléculas orgánicas pueden tener un mayor grado de complejidad comparadas con los compuestos puramente inorgánicos. Así pues la síntesis de compuestos orgánicos se ha
convertido en uno de los ámbitos más importantes de la química orgánica.
Hay dos campos de investigación principales dentro del campo de la
síntesis orgánica: la síntesis total y la metodología. Espectroscopía molecular: Se encarga del estudio de la absorción de la
luz por una molécula orgánica. Química organometálica: Es el estudio de los compuestos químicos con
enlaces entre un átomo de carbono y un átomo metálico, de su síntesis y reactividad. En este contexto, el término "metal" se define de forma muy laxa, e incluye elementos como el silicio o el boro, que no son metálicos
sino metaloides. Estereoquímica: es la parte de la química que toma como base el estudio
de la disposición espacial de los átomos que componen las moléculas y el cómo afecta esto a las propiedades y reactividad de dichas moléculas.
Química de los polímeros: Estudio de las propiedades químicas de los
polímeros (que son biomoléculas ó macromoléculas, generalmente orgánicas formadas por la unión de moléculas más pequeñas llamadas
monómeros). Química heterocíclica: Estudia los compuestos aromaticos.
Cimética enzimática: Estudia a los catalizadores orgánicos, asi como su
efecto en reacciones químicas.
TEMA 1.3 IMPORTANCIA DE LA QUIMICA ORGANICA EN LA VIDA DIARIA
1. La Química Orgánica es importante porque gracias a la química orgánica existe todo lo que hoy podemos percibir y sentir, ya que todo los productos orgánicos están presentes en todos los aspectos de nuestra vida, como por
ejemplo: -Laropaquevestimos.
- Los jabones, shampoos, desodorantes. - Medicinas, perfumes, utensilios de cocina. - La comida, etc.
2. Es importante porque nos permite conocimiento de todo lo que funciona en
nuestro organismo y el conocimiento de hasta todo nuestro propio cuerpo como por ejemplo: - La progesterona.
- El colesterol, etc.
3. Es importante porque sino hubiese existido la química orgánica no hubiéramos obtendrído medicamentos ni medicinas artificiales, es que gracias a la química orgánica es que va avanzando con el tiempo la
tecnología, tanto en la medicina para crear y descubrir nuevos medicamentos que puedan combatir las enfermedades mortales de hoy en
día.
4. Importante porque todos los compuestos responsables de la vida, son
sustancias orgánicas.
5. Importante porque el progreso de la Química Orgánica permite profundizar en el esclarecimiento de los procesos vitales.
6. La industria química (fármacos, polímeros, pesticidas, herbicidas) juega un papel muy importante en la economía mundial e incide en muchos aspectos
de nuestra vida diaria con sus productos.
ACTIVIDAD DE APRENDIZAJE
a) Elabora una lista de 10 compuestos organicos y 10 inorganicos que uses cotidianamente _________________________ _____________________________
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b) De la lista de objetos investiga la estructura molecular y representala mediante una maqueta indicando los principales beneficios y desventajas el
uso de ellas. ____________________________________________________________ ____________________________________________________________
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UNIDAD 2 QUIMICA DEL CARBONO OBJETIVOS:
Establecer la importancia que tiene el uso del carbono dentro de la
sociedad
Indicar las diversas formas que tiene el carbono para ser un elemento básico en la mayoría de los materiales que usamos en nuestra vida
diaria
TEMA 2.1 CONCEPTO ESTRUCTURA DEL CARBONO
El carbono (del latín: Carbo) es un elemento químico de número atómico 6 y símbolo C. Como miembro del grupo de loscarbonoideos de la tabla periódica de los elementos. Es sólido a temperatura ambiente. Dependiendo de las condiciones
de formación, puede encontrarse en la naturaleza en distintas formas alotrópicas, carbono amorfo y cristalino en forma de grafito odiamante respectivamente. Es el
pilar básico de la química orgánica; se conocen cerca de 16 millones de compuestos de carbono, aumentando este número en unos 500.000 compuestos por año, y forma parte de todos los seres vivos conocidos. Forma el
0,2 % de la corteza terrestre.
El carbono es un elemento notable por varias razones. Sus formas alotrópicas incluyen, sorprendentemente, una de las sustancias más
blandas (el grafito) y una de las más duras (el diamante) y, desde el punto de vista económico, es de los materiales más baratos (carbón) y uno de los más caros
(diamante). Más aún, presenta una gran afinidad para enlazarse químicamente con otros átomos pequeños, incluyendo otros átomos de carbono con los que puede formar largas cadenas, y su pequeño radio atómico le permite formar
enlaces múltiples. Así, con el oxígeno forma el dióxido de carbono, vital para el crecimiento de las plantas (ver ciclo del carbono); con el hidrógeno forma
numerosos compuestos denominados genéricamente hidrocarburos, esenciales para la industria y el transporte en la forma de combustibles fósiles; y combinado con oxígeno e hidrógeno forma gran variedad de compuestos como, por ejemplo,
los ácidos grasos, esenciales para la vida, y los ésteres que dan sabor a las frutas; además es vector, a través del ciclo carbono-nitrógeno, de parte de la energía producida por el Sol.
Se conocen cinco formas alotrópicas del carbono, además del
amorfo: grafito, diamante,fullerenos, nanotubos y carbinos.
Una de las formas en las cuales se encuentra el carbono es el grafito, que es el
material del cual está hecha la parte interior de los lápices de madera. El grafito tiene exactamente los mismos átomos del diamante, pero por estar dispuestos en
diferente forma, su textura, fuerza y color son diferentes. Los diamantes naturales se forman en lugares donde el carbono ha sido sometido a grandes presiones y altas temperaturas. Los diamantes se pueden crear artificialmente, sometiendo el
grafito a temperaturas y presiones muy altas. Su precio es menor al de los diamantes naturales, pero si se han elaborado adecuadamente tienen la misma
fuerza, color y transparencia.
La forma amorfa es esencialmente grafito, pero no llega a adoptar una estructura cristalina macroscópica. Esta es la forma presente en la mayoría de los carbones y
en el hollín.
Disposición geométrica de los orbitales híbridos sp.
Disposición geométrica de los orbitales híbridos sp2.
A presión normal, el carbono adopta la forma del grafito, en la que cada átomo está unido a otros tres en un plano
compuesto de celdas hexagonales; este estado se puede describir como 3 electrones de valencia en orbitales híbridos planos sp² y el cuarto
en el orbital p.
Las dos formas de grafito conocidas alfa (hexagonal) y beta (romboédrica) tienen propiedades físicas idénticas. Los
grafitos naturales contienen más del 30 % de la forma beta, mientras que el grafito sintético contiene únicamente la
forma alfa. La forma alfa puede transformarse en beta mediante procedimientos mecánicos, y esta recristalizar en forma alfa al calentarse por encima de 1000 °C.
Debido a la deslocalización de los electrones del orbital pi, el grafito es conductor de la electricidad, propiedad que permite su uso en procesos
de electroerosión. El material es blando y las diferentes capas, a menudo separadas por átomos intercalados, se encuentran unidas por enlaces de Van de Waals, siendo relativamente fácil que unas deslicen respecto de otras, lo que le da
utilidad como lubricante.
Disposición geométrica de los orbitales híbridos sp3.
A muy altas presiones, el carbono adopta la forma del diamante, en el cual cada átomo está unido a otros cuatro átomos de carbono, encontrándose los 4 electrones
en orbitales sp³, como en los hidrocarburos. El diamante presenta la misma estructuracúbica que el silicio y
el germanio y, gracias a la resistencia del enlace químico carbono-carbono, es, junto con el nitruro de boro, la sustancia más dura conocida. La transición a grafito a temperatura ambiente es
tan lenta que es indetectable. Bajo ciertas condiciones, el carbono cristaliza como lonsdaleíta, una forma similar al diamante pero hexagonal.
El orbital híbrido sp1 que forma enlaces covalentes solo es de interés en química, manifestándose en algunos compuestos, como por ejemplo el acetileno.
Fulereno C60.
Los fullerenos tienen una estructura similar al grafito, pero
el empaquetamiento hexagonal se combina con pentágonos (y en ciertos casos, heptágonos), lo que curva los planos y permite la aparición de estructuras de
forma esférica, elipsoidal o cilíndrica. El constituido por 60 átomos de carbono, que
presenta una estructura tridimensional y geometría similar a un balón de fútbol, es especialmente estable. Los fulerenos en general, y los derivados del C60 en
particular, son objeto de intensa investigación en química desde su descubrimiento a mediados de los 1980. A esta familia pertenecen también los nanotubos de carbono, que pueden
describirse como capas de grafito enrolladas en forma cilíndrica y rematadas en sus extremos por hemiesferas (fulerenos), y que constituyen uno de los primeros
productos industriales de la nanotecnología.
El principal uso industrial del carbono es como un componente de hidrocarburos, especialmente los combustibles fósiles (petróleo ygas natural). Del primero se
obtienen, por destilación en las refinerías, gasolinas, queroseno y aceites, siendo además la materia prima empleada en la obtención de plásticos. El segundo se
está imponiendo como fuente de energía por su combustión más limpia. Otros usos son:
El isótopo radiactivo carbono-14, descubierto el 27 de febrero de 1940, se usa en la datación radiométrica.
El grafito se combina con arcilla para fabricar las minas de los lápices. Además se utiliza como aditivo en lubricantes. Las pinturas anti-radar utilizadas en el camuflaje de vehículos y aviones militares están basadas igualmente en el
grafito, intercalando otros compuestos químicos entre sus capas. Es negro y blando. Sus átomos están distribuidos en capas paralelas muy separadas entre sí. Se forma a menos presión que el diamante. Aunque parezca difícil de
creer, un diamante y la mina de un lapicero tienen la misma composición química: carbono.
El diamante es transparente y muy duro. En su formación, cada átomo de
carbono está unido de forma compacta a otros cuatro átomos. Se originan con temperaturas y presiones altas en el interior de la tierra. Se emplea para la construcción de joyas y como material de corte aprovechando su dureza.
Como elemento de aleación principal de los aceros.
En varillas de protección de reactores nucleares.
Las pastillas de carbón se emplean en medicina para absorber las toxinas del sistema digestivo y como remedio de la flatulencia.
El carbón activado se emplea en sistemas de filtrado y purificación de agua.
El carbón amorfo ("hollín") se añade a la goma para mejorar sus propiedades mecánicas. Además se emplea en la formación de electrodos (p. ej. de
las baterías). Obtenido por sublimación del grafito, es fuente de los fulerenos que pueden ser extraídos con disolventes orgánicos.
La fibra de carbono (obtenido generalmente por termólisis de fibras de poliacrilato) se añade a resinas de poliéster, donde mejoran mucho la
resistencia mecánica sin aumentar el peso, obteniéndose los materiales denominados fibras de carbono.
Las propiedades químicas y estructurales de los fulerenos, en la forma
de nanotubos, prometen usos futuros en el incipiente campo de la nanotecnología.
TEMA 2.2 HIBRIDACION DEL CARBONO
Hibridación del átomo de carbono, tipos de enlaces carbono-carbono. Estructura y
modelos.
Las diferencias principales entre los compuestos orgánicos e inorgánicos se deben a variaciones en la composición, el tipo de enlace y las polaridades moleculares.
Los compuestos orgánicos están formados por átomos de carbono con enlaces covalentes entre sí y con átomos de hidrógeno, oxígeno, nitrógeno, azufre y halógenos.
Comparación general entre compuestos orgánicos e inorgánicos
CARACTERÍSTICAS
COMPUESTOS ORGANICOS COMPUESTOS INORGÁNICOS
Número de compuestos
conocidos
Más de 2,000,000 Aprox. 80,000
Elementos que
intervienen en su formación
C H O N S P F Cl Br I Todos los de la tabla
periódica
Velocidad de reacción Reaccionan lentamente Reaccionan
rápidamente
Tipo de enlace Covalente Iónico y covalente
Combustión Son combustibles No son combustibles
Altas temperaturas No resisten altas temperaturas Resisten altas temperaturas
Solubilidad Generalmente son solubles en disolventes no polares.
Generalmente son solubles en disolventes
polares (agua).
Isomería Si. Existen compuestos con igual número de átomos de
cada elemento pero con estructuras diferentes.
No se presenta.
Para poder explicar el comportamiento y los ángulos de enlace, observados experimentalmente en los compuestos orgánicos, fue necesario introducir el concepto de orbitales híbridos. De acuerdo con la teoría de máxima repulsión
delenlace de valencia (RPECV), los pares electrónicos y los electrones solitarios alrededor del núcleo de un átomo, se repelen formando un ángulo lo más grande
posible. En estos compuestos se ha visto que normalmente son próximos a 109º,
120º y 180º.
Esta máxima repulsión no se puede lograr a partir de orbitales s y p puros y lo que brinda una explicación es que los orbitales s y p se combinan para formar orbitales
híbridos que consiguen la máxima repulsión mencionada.
Existen diferentes tipos de hibridación que involucran orbitales atómicos s, p y d de un mismo átomo, pero nos enfocaremos únicamente a aquellos que implican
orbitales atómicos s y p.
Los orbitales atómicos s y p forman tres tipos de hibridación, dependiendo del número de orbitales que se combinen. Así, si se combinan un orbital atómico s puro con tres orbitales p puros, se obtienen cuatro orbitales híbridos sp3 con un
ángulo máximo de separación aproximado de 109.5º, característica de los alcanos.
Para que pueda llevarse a cabo la hibridación el átomo de carbono tiene que
pasar de su estado basal a uno activado cuando se aplica energía. En este estado activado un electrón del orbital 2s pasa al orbital pz que se encuentra vacio, de
esta forma la capa de valencia tendrá cuatro electrones desapareados y al formarse los orbitales híbridos atómicos, contarán con un electrón cada uno para formar enlaces covalentes. En el caso de los orbitales p puros, también tendrán un
electrón disponible para enlazarse. Esto explica la tetravalencia del átomo de carbono.
ELEMENTO ESTADO BASAL ESTADO DE ACTIVADO
C Carbono
Hibridación sp3
Es la mezcla de un orbital s con tres orbitales p (px, py y pz) para formar cuatro orbitales híbridos sp3con un electrón cadauno.
Los orbitales híbridos sp3 forman un tetraedro (tridimensional) con ángulo de 109°.
En la hibridación sp2 interaccionan un orbital s puro con 2 orbitales p puros para
formar tres orbitales híbridos atómicos con un electrón cada uno con un ángulo máximo de repulsión de 120° aproximadamente y permanece un orbital atómico p
puro sin hibridar con un electrón. Este tipo de hibridación es característica de los alquenos.
Hibridación sp2
Es la mezcla de un orbital s con dos orbitales p (px y py) para formar tres orbitales híbridos sp2.
Los orbitales híbridos sp2 forman un triangulo equilátero (bidimensional). La hibridación sp2 la presentan los dos átomos de carbono con dobles enlaces
carbono-carbono en la familia de los alquenos.
Hibridación sp
Es la mezcla de un orbital atómico s con un orbital p puro (px) para formar dos orbitales híbridos sp con un electrón cada uno y una máxima repulsión entre ellos
de 180° y permanecen dos orbitales p puros con un electrón cada uno sin hibridar.
Los orbitales híbridos sp forman una figura lineal (unidimensional).
La hibridación sp se presenta en los átomos de carbono con triple enlace carbono-carbono en la familia de los alquinos.
TEMA 2.3 ENLACE SIGMA O PI
Enlace covalente simple o sencillo es un enlace que se caracteriza por compartir un par de electrones entre dos átomos, por ejemplo: el enlace C-C y el C-H.
La representación estructural de Lewis para el primer miembro de la familia de los alcanos, el metano (CH4), cada par de electrones forma un enlace C-H; en donde
cada átomo aporta un electrón para establecer los cuatro enlaces.
Los electrones que pertenecen al carbono están representados por puntos y los del hidrógeno por cruces
y una forma más simple, es poner una línea entre los dos átomos que se enlazan.
La representación estructural de Lewis para el etano (CH3-CH3) el siguiente miembro de la familia es:
Cuando se traslapan dos orbitales atómicos a lo largo de la línea entre los núcleos o en el eje de simetría para compartir electrones y formar un enlace, da lugar a un orbital molecular, llamado enlace sigma s (fuerte):
En los alcanos todos los enlaces C-C y C-H son enlaces sigma.
El Enlace covalente doble se forma al compartir dos pares de electrones entre
dos átomos. El eteno (CH2=CH2), el compuesto más pequeño de la familia de los alquenos se representa:
Una de estas uniones es un enlace tipo s (fuerte) y la otra es un enlace tipo pi p (débil). Este último tipo de enlace se forma cuando se traslapan dos orbitales
atómicos p puros orientados perpendicularmente a la línea que conecta los dos núcleos.
Estos orbitales paralelos se traslapan de lado, por encima y por debajo de la línea que conecta los núcleos.
El Enlace covalente triple se forma al compartir tres pares de electrones entre dos átomos. En el alquino más sencillo, el etino (C2H2) se tiene:
Un
enlace es de tipo s(fuerte) y los otros dos tipo p (débiles). El segundo enlace p, también se traslapan dos
orbitalesatómicos p puros de lado, pero por delante y por atrás de la línea que
conecta los núcleos.
TEMA 2.4 CLASIFICACION DE LOS COMPUESTOS DE ACUERDO A SU
ESTRUCTURA
Las normas vigentes en la actualidad para nombrar los compuestos orgánicos se acordaron por la IUPAC (International Union of Pure and AppliedChemistry) en 1969, y se publicaron en 1971.
ACTIVIDADES DE APRENDIZAJE
a) Utilizando bolas de unicel, palillos, globos u cualquier otro tipo de materiales realiza modelos tridimensionales de las hibridaciones sp, sp2. Sp3.
b) Investiga que que otros elementos se pueden hibridar para formar diverso tipos de compuestos y desarrolla un ensayo. ____________________________________________________________
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UNIDAD 3 HIDROCARBUROS
OBJETIVOS DE APRENDIZAJE
Conocer la gran diversidad de estructuras organicas que se pueden
realizar para formar diversos materiales y sustancias.
Identificar la nomenclatura de los hidrocarburos mas importantes para
el ser humano y nuestra sociedad
Indicar la relevancia del uso de los materiales provenientes de hidrocarburos.
TEMA 3.1 TIPOS DE HIDROCARBUROS
Los hidrocarburos son compuestos químicos orgánicos que se encuentran constituidos en exclusiva por carbono e hidrógeno.
Según la naturaleza de sus enlaces se pueden clasificar en: Hidrocarburos de cadena abierta.
Dentro de los hidrocarburos de cadena abierta encontramos: 1.- Hidrocarburos saturados Alcanos, hidrocarburos que carecen de
enlaces dobles o triples. Son moléculas
unidas mediante enlaces de tipo simple. 2.- Hidrocarburos insaturados Alquenos, moléculas formadas por átomos
que se unen entre sí mediante enlaces de tipo doble, y alquinos, moléculas cuyos
enlaces son de tipo triple. Dentro de los hidrocarburos de cadena cerrada encontramos:
1.- Hidrocarburos alicíclicos, que a su vez se subdividen en:
1) Cicloalcanos:
También llamados alcanos cíclicos, poseen un esqueleto de
carbono formado en exclusiva por átomos de carbono que se unen entre sí mediante enlaces de tipo simple formando un anillo. Siguen la fórmula general: CnH2n.Este tipo de
hidrocarburos se nomina igual que los alcanos pero añadiendo el prefijo ciclo- delante del nombre.
2) Cicloalquenos:
Son hidrocarburos que en su estructura tienen como mínimo un enlace de tipo doble covalente. Este tipo de enlaces posee
cierta capacidad elástica si los comparamos con los de otras moléculas, elasticidad que se hace mayor cuando mayor sea
la molécula. 3) Cicloalquinos:
Son hidrocarburos cíclicos que tienen presente en su
estructura enlaces de tipo triple. Generalmente son moléculas estables solamente si poseen un anillo suficientemente
grande, siendo el ciclooctino, con ocho carbonos, el cicloalquino más pequeño.
2.- Hidrocarburos aromáticos: También conocidos como bencénicos, son
moléculas que poseen al menos un anillo aromático dentro de su estructura.
Todos los hidrocarburos, excepto los aromáticos, reciben también el nombre de hidrocarburos alifáticos.
El término de hidrocarburos saturados o insaturados que se suele añadir a los alcanos o cicloalcanos, hace referencia a la imposibilidad de dichas moléculas
para añadir a su estructura más hidrógenos, pues los átomos de carbono no tienen más enlaces en disponibilidad para ellos.
En cambio, los alquenos, alquinos, cicloalquenos y cicloalquinos, debido a tener enlaces de tipo múltiple, pueden añadir más átomos de hidrógeno a su estructura
molecular a través de reacciones de adición, por lo cual se les denomina también como hidrocarburos insaturados.
Los alcanos se subdividen en dos tipos:
Lineales: por ejemplo, CH3CH3 (etano), CH3CH2CH3 (propano),
CH3CH2CH2CH3 ( butano), etc.
Ramificados: Los alcanos ramificados son compuestos formados por la
sustitución de átomos de hidrógeno del hidrocarburo, por los llamados grupos alquilo, los cuales se enganchan a la cadena de carbonos.
Tanto los alquenos como los alquinos pueden ser, al igual que los alcanos, de tipo lineal o ramificados.
Un grupo alquilo, también conocido como radical alquilo, es una agrupación de
átomos que proceden de la eliminación del hidrógeno de un alcano, por lo cual, el
grupo alquilo contiene un electrón disponible para compartir en la formación de un enlace covalente. Los grupos alquilo se nombran cambiando la terminación –ano,
por –ilo o –il, pero se suelen designar con la letra -R ( de radical).
ACTIVIDAD DE APRENDIZAJE Investiga en diferentes medios y contesta las siguientes preguntas:
1.- ¿Qué son las Feromonas? ____________________________________________________________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________ 2.- ¿Las Feromonas son alcanos, alquenos o alquinos?
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________
____________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________
3.- ¿Qué función cumplen las feromonas?
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________
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TEMA 3.2 NOMENCLATURA DE HIDROCARBUROS
HIDROCARBUROS ACICLICOS O DE CADENA ABIERTA El átomo de carbono en los compuestos orgánicos presenta siempre cuatro
electrones libres para compartir, es decir puede formar, 4 enlaces covalentes con otros átomos de carbono u otro cualquiera, de la siguiente manera:
Los átomos de carbono se pueden unir a otros átomos de carbono formando
cadenas. Frecuentemente, pueden formarse cadenas hasta de cien carbonos porque cadenas mayores se debilitan y se rompen, aunque pueden hallarse
algunas superiores a este número. Las cadenas carbonadas, también pueden incluir átomos diferentes, como por
ejemplo oxígeno, nitrógeno, azufre y otros:
Para nombrar a los hidrocarburos se utilizan prefijos que indican el número de carbonos y dependiendo del tipo de enlace que presenten se usan sufijos tales
como:
Alcanos: terminación "ano" (Sólo enlaces simples)
Alquenos: terminación "eno" (Por lo menos un enlace doble)
Alquinos: terminación "ino " (Por lo menos un enlace triple)
Los prefijos a utilizar, aparecen en la siguiente tabla, de acuerdo al número de
átomos de carbono:
NOTA: Los cuatro primeros prefijos son arbitrarios y los demás en su mayoría son griegos. El prefijo pierde la "A" final y se agrega el sufijo correspondiente.
Ej.:
V.- Las fórmulas de los hidrocarburos se pueden representar así:
NOMENCLATURA DE RADICALES
Cuando los alcanos pierden hidrógeno, se constituyen en radicales alquilo, los
que se nombran cambiando la terminación "ano" del correspondiente alcano por "il" o "ilo"; Ej:
HIDROCARBURO FORMA MOLECULAR RADICAL ALQUILO FORMA MOLECULAR
METANO CH4 METIL O METILO CH3
ETANO CH3-CH3 ETIL O ETILO CH2-CH3
PROPANO CH3-CH2-CH3
PROPIL O PROPILO CH2-CH3-CH3
ISOPROPIL O ISOPROPILO CH3-CH2-CH3
BUTANO CH3-CH2-CH2-CH3
BUTIL O BUTILO CH2-CH2-CH2-CH3
SEC-BUTIL O SEC-BUTILO CH3-CH2-CH2-CH3
ISOBUTIL O ISOBUTILO CH2-CH2-CH3
CH3
TER-BUTIL O TER-BUTILO CH3-C-CH3
CH3
Existen otro tipo de radicales que se presenten en un mayor grado de complejidad dentro de una estructura: 1.- Cuando a un alcano se le disminuye 2 hidrógenos en un mismo extremo, se
cambia la terminación "il" por "ilideno". Ej. :
2.- Cuando un alcano presenta en uno de sus extremos tres enlaces libres, por
disminución o sustitución de 3 hidrógenos se le asigna la terminación "ilidino". Ej. :
3.- En los alquenos y alquinos, se forman radicales parecidos a los alcanos y se
nombran agregando la terminación "enil" o "inil", según convenga, como en los ejemplos que siguen:
4.- Cuando en ambos carbonos de los extremos se presentan enlaces libres por
disminución de un hidrógeno ( en cada extremo) cambia la terminación "il" por "ileno" o "ilino" :
5.- Cuando a un alqueno o alquino se le disminuye 2 ó 3 hidrógenos en un solo
extremo, la terminación que se les da es "ideno" o " idino" según convenga:
Para poder trabajar con las estructura de hidrocarburos es necesario conocer la forma en la que se pueden representar para determinar sus características. Fórmulas Desarrolladas
Cuando cada átomo de carbono presente en una cadena conserva "visibles" sus respectivos enlaces y estos pueden estar ligados a otro carbono, hidrógeno u otros átomos:
Fórmulas Semidesarrolladas
Cuando cada átomo de carbono va unido a un "paquete" de hidrógeno u otros, pero se puede verificar sus respectivos enlaces:
Fórmulas Globales o molecular
Cuando sólo se representa la cantidad total de carbono e hidrógeno presentes en
la molécula. Concuerda directamente con la fórmula general:
Las fórmulas más utilizadas son las semidesarrolladas y la molecular
NOMENCLATURA DE LOS ALCANOS
1.- Los hidrocarburos pueden presentar radicales de tipo alquilo (u otras ramas).
Así:
2.- Para nombrar cadenas ramificadas se escribe el nombre de la cadena principal
(la más larga) y luego se indica la posición y los nombres de los radicales. Para
ello se enumeran partiendo del extremo más cercano al radical. Como se observa:
3.- Si la cadena presenta 2 a más radicales, el orden alfabético prima: 4.- El orden alfabético no se considera en prefijos de cantidad, excepto entre ellos
mismos: Ej. :
NOMENCLATURA DE LOS ALQUENOS Y ALQUINOS
1.- Para nombrar una cadena que posee un doble o triple enlace se enumera la
cadena empezando por el extremo más cercano al enlace doble o triple.
2.- Posteriormente se encierra y se da nombre a la cadena dependiendo el
número de carbonos presentes dentro de ella, indicando la posición del carbono donde se encuentre el doble o triple enlace.
3.- Se anteponen la posición y el nombre de los radicales presentes. 4.- Cuando la cadena carbonada presenta uno o más dobles y triples enlaces, se le denomina "alquenoino":
5.- Para nombrarlo, se numera la cadena por el extremo más cercano a la
insaturación. Si hubiera opción, se da preferencia al doble enlace. Se menciona primero el doble enlace (sin la o) y luego el triple, considerando las posiciones respectivas:
6.- Si en la cadena se presentan más de un doble o triple enlace, se colocan
prefijos tales como: Di (2), tri (3), tetra (4)..., según el número de enlaces dobles o triples que presenta:
HIDROCARBUROS ALICÍCLICOS O DE CADENA CERRADA
1.- Cuando un sistema de hidrocarburos presenta cadena cerrada (alicíclicos) se nombran
como los hidrocarburos lineales (acíclicos) anteponiendo la palabra Ciclo:
De manera abreviada se pueden
representar con figuras geométricas, así:
Cuando los ciclos tienen muchos átomos de carbono; éste sufre fuerzas internas, deformándose: 2.- Cuando el ciclo pierde un hidrógeno se convierte en un radical.
Así:
3.- Para nombrar a un hidrocarburo cíclico ramificado, se
enumera la cadena principal, empezando por el radical, en el caso de no haber
insaturaciones; si ocurriera esto último, lanumeración más baja recae en el
enlace doble (o triple en casos poco frecuentes).
4.- Cuando el número de carbonos de la cadena lateral es mayor que los
presentes en el anillo, se prefiere considerar como radical al anillo, salvo otras características presentes en el sistema que obligue a buscar la mejor opción:
5.- En las cadenas que presentan más de dos ciclos como radicales, se utilizan
prefijos tales como: di, tri, tetra, penta, etc.
6.- En el caso, que la cadena presente dos ciclos unidos por enlace simple o
doble, uno de ellos se presenta como la cadena principal y el otro como radical. Así:
HIDROCARBUROS HALOGENADOS
Un Halogenuro de alquilo, Haluro de alquilo o hidrocarburo halogenado contiene
por lo menos un átomo de la familia de los halógenos (F, Cl, Br, I). Para
nombrarlos, se cita primero el halógeno y luego el hidrocarburo, anteponiendo los prefijos de cantidad correspondientes, como son: Di, bi, tri, etcetera:
XXX.- Si en una cadena hubiera diferentes halógenos, estos se nombran por
orden alfabético:
XXXI.- Si en la cadena hubieran un doble y/o un triple enlace, además de un
halógeno, los primeros tienen la prioridad:
ACTIVIDAD DE APRENDIZAJE
a) Escriba el nombre o los nombres de las siguientes nomenclaturas:
TEMA 3.3 PROPIEDADES FISICAS DE LOS HIDROCARBUROS
Conocemos por hidrocarburos, a los compuestos de tipo orgánico que se encuentran compuestos en exclusiva por átomos de carbono e hidrógeno. Estos se suelen clasificar en hidrocarburos saturados (alcanos), de enlaces sencillos, y los hidrocarburos insaturados (alquenos y alquinos), de dobles y triples enlaces.
Cuando hablamos de propiedades, debemos mencionar tanto las propiedades físicas como las químicas.
Propiedades físicas en los alcanos
Punto de ebullición y fusión: El punto de ebullición es la temperatura en la cual la sustancia cambia de encontrarse en estado líquido a gaseoso, y el punto de fusión es la temperatura en la que la materia, o las sustancias cambian de estado, en este caso, pasan del sólido al líquido.
En el caso de los alcanos, dichos puntos de la temperatura se ve aumentados según
aumenta el tamaño del alcano. Esto es debido a las fuerzas intermoleculares, las cuales son
mayor cuanta mayor superficie hay en la molécula. Así los puntos de ebullición, y fusión aumentan con el aumento de átomos de carbono dentro de la molécula de alcanos. En el caso de los alcanos ramificados, dichos puntos son más bajos que en los alcanos no ramificados, debido a que son menores las fuerzas intermoleculares (van de Waals y London), de igual manera se esperará un punto de fusión menor en los alcanos que se encuentren formados por una cantidad de átomos de carbono impar.
Densidad: La densidad aumenta también cuanto mayor sea la molécula, pues al ser
mayores las fuerzas intermoleculares, lo serán también las cohesiones intermoleculares, lo que se traducirá como un aumento de la proximidad de las moléculas, y por ello, de la densidad.
Solubilidad: Los alcanos son sustancias apolares, por lo tanto no son solubles en
agua, pero si en disolvente no polares, como por ejemplo el benceno, o el éter entre otros. Propiedades químicas de los alcanos
Oxidación completa: También conocida como combustión. Los alcanos se ven oxidados cuando se encuentran en presencia de oxígeno, de aire, o cuando se ve presente una fuente de calor (o llama), viéndose desprendido dióxido de carbono.
Pirólisis o cracking: Este proceso es utilizado en la industria del petróleo, y se trata de hacer pasar un alcano a través de tubos calientes (hasta 800ºC), haciendo de éste modo, que la sustancia se descomponga, formándose alquenos y desprendiéndose hidrógeno.
Halogenación: Los halógenos reaccionan con los alcanos cuando se encuentran en presencia de luz del sol o UV, obteniéndose compuestos derivados de los halógenos cuando se sustituyen átomos de hidrógeno del alcano, por átomos de halógeno. Este tipo de reacciones tiene lugar en tres etapas distintas.
Nitración: Los alcanos gaseosos pueden reaccionar con los vapores del ácido nítrico,
a unos 420ºC de temperatura, produciéndose compuestos nitroderivados. El ácido nítrico posee una acción oxidante bastante fuerte, lo que hace que se transforme la mayoría del alcano en dióxido de carbono y también en agua.
Propiedades físicas y químicas de los alquenos:
Los alquenos poseen propiedades físicas muy similares a las de los alcanos, dependiendo en gran parte de la polaridad de la molécula de alquenos, la cual depende de laestéreo-isomería de éste. Los isómeros Cis, generalmente poseen un punto de ebullición mayor, y un punto de fusión menor que los isómeros Trans, debido a que son más polares. En cuanto a las propiedades químicas de los alquenos, destacan sus propiedades ácidas con respecto a los alcanos. Propiedades físicas y químicas de los alquinos:
Las propiedades físicas de los alquinos son semejantes a las de los alcanos y alquenos que posean igual número de átomos. En lo referente a las propiedades químicas de los alquinos, cabe destacar que los alquinos terminales suelen tener un comportamiento ácido, pues en presencia de ácidos fuertes tienden a ceder un protón. TEMA 3.4 IMPORTANCIA DE LOS COMPUESTOS EN LA VIDA DIARIA, INDUSTRIA E IMPACTO ECOLOGICO
La importancia de los hidrocarburos radica en el hecho de que son la base de materiales plásticos, lubricantes, pinturas, textiles, medicinas y también funcionan para generar electricidad. No podemos dejar de lado el papel que juegan los hidrocarburos en el desarrollo de la vida cotidiana, ya que es a través de ellos que podemos realizar nuestras actividades día
a día. Los hidrocarburos son compuestos orgánicos que contienen diferentes combinaciones de carbono e hidrógeno, presentándose en la naturaleza como gases, líquidos, grasas y, a veces, sólidos. El petróleo crudo y el gas natural, que son una combinación de diferentes hidrocarburos, son sus principales representantes. Se forman por la descomposición y transformación de restos de animales y plantas, que han estado enterrados a grandes profundidades durante siglos, así tenemos que: o El petróleo crudo, es una mezcla compleja de hidrocarburos líquidos, compuesto en mayor medida de carbono e hidrógeno, con pequeñas cantidades de nitrógeno, oxígeno y azufre. o El g as
natural, es un hidrocarburo en estado gaseosocompuesto de metano, principalmente, y de propano y butano en menor medida. Los hidrocarburos son una fuente importante de generación de energía para las industrias, nuestros hogares y para el desarrollo de nuestra vida diaria. Pero no es sólo un combustible, sino que a través de procesos más avanzados se separan sus elementos y se logra su aprovechamiento a través de la industria petroquímica. En que utilizamos los alcanos en nuestra vida diaria?
El metano y el etano son los principales componentes del gas natural El propano y el butano pueden ser líquidos a presiones moderadamente bajas y son conocidos como gases licuados. Estos dos alcanos son usados también como propelantes en pulverizadores.
Desde el pentano hasta el octano los alcanos son líquidos razonablemente volátiles. Se usan
como combustibles en motores de combustión interna. Además de su uso como combustibles, los alcanos medios son buenos solventes para las sustancias no polares. Los hidrocarburos de 9 a 16 átomos de carbono son líquidos de alta viscosidad y forman parte del diesel y combustible de aviones. Los alcanos a partir del hexadecano en adelante constituyen los componentes más importantes de los aceites lubricantes.
ACTIVIDAD DE APRENDIZAJE
a) Completa la siguiente tabla de alcanos b) Utilizando los mismos datos de la tabla desarrolla una tabla para alquenos y otra para
alquinos
N° DE
CARBONOS
NOMBRE FORMULA
RADICAL COMO SE UTILIZA EN LA
SOCIEDAD MOLECULAR SEMIDESARROLLADA
1 METANO CH4 CH4 CH3- GAS NATURAL
2 ETANO C2H6 CH3-CH3 CH3-CH2- GAS NATURAL
3 PROPANO
4 BUTANO
5 PENTANO
6 HEXANO
7 HEPTANO
8 OCTANO
9 NONANO
10 DECANO
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
ACTIVIDAD DE APRENDIZAJE
a) Investiga las propiedades físicas y químicas de los primeros 10 alcanos.
UNIDAD 4 COMPUESTOS AROMATICOS
OBJETIVOS:
Resaltar la estructura del benceno como fuente elemental para realizar
gran cantidad de sustancias químicas
Indicar las propiedades básicas que hacen al benceno muy versátil
TEMA 4.1 CONCEPTO DE COMPUESTOS AROMATICOS
Un hidrocarburo aromático o areno es un compuesto orgánico cíclico conjugado que posee una mayor estabilidad debido a ladeslocalización electrónica en enlaces π. Para determinar esta característica se aplica la regla de Hückel (debe tener un total de 4n+2electrones π en
el anillo) en consideración de la topología de superposición de orbitales de los estados de transición. Para que se dé laaromaticidad, deben cumplirse ciertas premisas, por ejemplo que los dobles enlaces resonantes de la molécula estén conjugados y que se den al menos dos formas resonantes equivalentes. La estabilidad excepcional de estos compuestos y la explicación de la regla de Hückel han sido explicados cuánticamente, mediante el modelo de "partícula en un anillo".
Originalmente el término estaba restringido a un producto del alquitrán mineral, el benceno, y a sus derivados, pero en la actualidad incluye casi la mitad de todos los compuestos orgánicos; el resto son los llamados compuestos alifáticos. El exponente emblemático de la familia de los hidrocarburos aromáticos es el benceno (C6H6), pero existen otros ejemplos,
como la familia de anulenos, hidrocarburos monocíclicos totalmente conjugados de fórmula general (CH)n.
Una característica de los hidrocarburos aromáticos como el benceno, anteriormente mencionada, es la coplanaridad del anillo o la también llamada resonancia, debida a la estructura electrónica de la molécula. Al dibujar el anillo del benceno se le ponen tres enlaces dobles y tres enlaces simples. Dentro del anillo no existen en realidad dobles enlaces conjugados resonantes, sino que la molécula es una mezcla simultánea de todas las estructuras, que contribuyen por igual a la estructura electrónica. En el benceno, por ejemplo, la distancia interatómica C-C está entre la de un enlace σ (sigma) simple y la de uno π(pi) (doble).
Todos los derivados del benceno, siempre que se mantenga intacto el anillo, se consideran aromáticos. La aromaticidad puede incluso extenderse a sistemas policíclicos, como el naftaleno, antraceno, fenantreno y otros más complejos, incluso ciertoscationes y aniones, como el pentadienilo, que poseen el número adecuado de electrones π y que además son capaces de crear formas resonantes.
Estructuralmente, dentro del anillo los átomos de carbono están unidos por un enlace sp2 entre ellos y con el orbital s del hidrógeno, quedando un orbital p perpendicular al plano del anillo y que forma con el resto de orbitales p de los otros átomos un enlace π por encima y por debajo del anillo.
El grupo funcional arilo (símbolo: Ar) es el sustituyente derivado de un hidrocarburo aromático al extraérsele un átomo dehidrógeno del anillo aromático. El grupo arilo genérico sería el
equivalente al grupo alquilo genérico (R). El grupo fenilo(simbolizado Ph o φ) es el grupo arilo más sencillo. Los hidrocarburos que no contienen anillos bencénicos se clasifican como compuestos alifáticos.
TEMA 4.2 EL BENCENO COMO REPRESENTANTE DE LOS COMPUESTOS AROMATICOS
El benceno es un hidrocarburo aromático de fórmula molecular C6H6, (originariamente a él y sus derivados se le denominaban compuestos aromáticos debido a la forma característica que poseen).
En el benceno cada átomo de carbono ocupa el vértice de un hexágono regular, aparentemente tres de las cuatro valencias de los átomos de carbono se utilizan para unir
átomos de carbono contiguos entre sí, y la cuarta valencia con un átomo de hidrógeno. Según
las teorías modernas sobre los enlaces químicos, tres de los cuatro electrones de la capa de valencia del átomo de carbono se utilizan directamente para formar los enlaces covalentes típicos (2C-C y C-H) y el cuarto se comparte con los de los otros cinco átomos de carbono, obteniéndose lo que se denomina "la nube π (pi)" que contiene en diversos orbitales los seis electrones. El benceno es un líquido incoloro y muy inflamable de aroma dulce (que debe manejarse con sumo cuidado debido a su carácter cancerígeno), con un punto de ebullición relativamente alto.
El benceno se usa en grandes cantidades en los Estados Unidos. Se encuentra en la lista de los 20 productos químicos de mayor volumen de producción. Algunas industrias usan el benceno como punto de partida para manufacturar otros productos químicos usados en la
fabricación de plásticos, resinas, nilón y fibras sintéticas como lo es el kevlar y en ciertos polímeros.
También se usa benceno para hacer ciertos tipos de gomas, lubricantes, tinturas, detergentes, medicamentos y pesticidas.
Los volcanes eincendios forestales constituyen fuentes naturales de benceno. El benceno es también un componente natural del petróleo crudo,gasolina, el humo de cigarrillo y otros materiales orgánicos que se han quemado. Puede obtenerse mediante la destilación fraccionada del alquitrán de hulla.
Se suele mostrar, en términos de estructura de Lewis, como un hexágono, plano e indeformable, carente de tensiones de anillo (transanulares), en cuyos vértices se encuentran
los átomos de carbono, con tres dobles enlaces y tres enlaces simples en posiciones alternas (1=2, 3=4, 5=6; 6-1, 2-3, 4-5; o bien 1=2-3=4-5=6-1). Esta estructura difería de la de Brønsted y Lowry. Hay que resaltar que, acorde a los resultados de la espectrofotometría infrarroja, el benceno no posee ni simples ni dobles enlaces, sino un híbrido de resonancia entre ambos, de distancia de enlace promedio entre simple y doble (1,4 Ångström apróx.).
Estos resultados coinciden con la previsión de la TOM (teoría de orbitales moleculares), que calcula una distribución de tres orbitales enlazantes totalmente ocupados. A esta especial estabilidad se le llama aromaticidad y a las moléculas (iones o no, estables o intermedios de reacción) se les llama aromáticas.
ACTIVIDAD DE APRENDIZAJE
a) Elabora un ensayo sobre el reciclaje de los polímeros sintéticos.
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TEMA 4.3 NOMENCLATURA DE LOS COMPUESTOS SUSTITUIDOS
ESTRUCTURA DEL BENCENO. Cada carbono tiene tres electrones enlazados y el cuarto localizado en gira alrededor del anillo. Una característica de los hidrocarburos aromáticos como el benceno, es la coplanaridad del
anillo o la también llamada resonancia, debida a la estructura electrónica de la molécula. Al dibujar el anillo del benceno se le ponen tres enlaces dobles y tres enlaces simples. Dentro del anillo no existen en realidad dobles enlaces conjugados resonantes, sino que la molécula es una mezcla simultánea de todas las estructuras, que contribuyen por igual a la estructura electrónica. En el benceno, por ejemplo, la distancia interatómica C-C está entre la de un enlace σ (sigma) simple y la de uno π(pi) (doble).
Todos los derivados del benceno, siempre que se mantenga intacto el an illo, se consideran
aromáticos.
La aromaticidad puede incluso extenderse a sistemas policíclicos, como el naftaleno, antraceno, fenantreno y otros más complejos, incluso ciertos cationes y aniones, como el pentadienilo, que poseen el número adecuado de electrones π y que además son capaces de crear formas resonantes.
Estructuralmente, dentro del anillo los átomos de carbono están unidos por un enlace sp2 entre ellos y con los de hidrógeno, quedando un orbital π perpendicular al plano del anillo y que forma con el resto de orbitales de los otros átomos un orbital π por encima y por debajo del anillo.
NOMENCLATURA DEL BENCENO Reciben este nombre debido a los olores intensos, normalmente agradables, que presentan en su mayoría. El nombre genérico de los hidrocarburos aromáticos mono y policíclicoses"areno" y los radicales derivados de ellos se llaman radicales "arilo". Todos ellos se pueden considerar derivados del benceno, que es una molécula cíclica, de forma hexagonal y con un orden de enlace intermedio entre un enlace sencillo y un doble enlace. Experimentalmente se comprueba que los seis enlaces son equivalentes, de ahí que la molécula de benceno se represente como una estructura resonante entre las dos fórmulas propuestas por Kekulé en 1865.
NOMENCLATURA DE COMPUESTOS AROMATICOS MONOSUSTITUIDOS. Se nombran terminando el nombre del sustituyente en benceno.
Algunos derivados monosustituidos del benceno tienen nombres comunes ampliamente aceptados.Como en los compuestos alifáticos, utilizamos comas para separar números y guiones para separar números y palabras.
En bencenos disustituidos se emplean los prefijos orto (benceno 1,2-disustituido), meta (benceno 1,3-disustituido) y para (benceno 1,4-disustituido) para indicar la posición de los sustituyentes en el anillo.
NOMENCLATURA DE COMPUESTOS ORGANICOS POLISUSTITUIDOS. Con este nombre se conocen los derivados aromáticos en los cual se han remplazado 3 o más hidrógenos por otros grupo o átomos. En estos casos es necesario numerar el anillo bajo las siguientes reglas:
El número 1 corresponde al radical con menor orden alfabético. La numeración debe continuarse hacia donde este el radical más cercano para
obtener la serie de números más pequeña posible. Si hay dos radicales a la misma distancia, se selecciona el de menor orden alfabético;
si son iguales se toma el siguiente radical más cercano. Todos los átomos de carbono deben numerarse, no solo los que tengan sustituyente. Al escribir el nombre se ponen los radicales en orden alfabético terminando con la
palabra benceno.
Ejemplos:
El número 1 corresponde al bromo que es el radical de menor orden alfabético. Se
numera hacia la derecha porque en ese sentido quedan los números más pequeños posibles.
1-bromo-3-etil-4-metilbenceno
El número 1 corresponde al radical de menor orden alfabético, que es el n-butil. La numeración se continúa hacia la derecha porque el sec-butil tiene menor orden que
el ter-butil y ambos están a la misma distancia del número 1
1-n-butil-2-sec-butil-6-ter-butilbenceno
TEMA 4.4 PROPIEDADES FISICAS DEL BENCENO
La sustitución aromática puede seguir tres caminos; electrofilico, nucleofilico y de radicales
libres. Las reacciones de sustitución aromáticas más corrientes son las originadas por reactivos electrofilicos. Su capacidad para actuar como un dador de electrones se debe a la polarización del núcleo Bencénico. Las reacciones típicas del benceno son las de sustitución. Los agentes de sustitución más frecuentemente utilizados son el cloro, bromo, ácido nítrico y ácido sulfúrico concentrado y caliente. Halogenación El cloro y el bromo dan derivados de sustitución que recibe el nombre de haluros de arilo.
C6H6 + Cl2 C6H5Cl + HClClorobenceno C6H6 + Br2 C6H5Br + HBrBromobenceno
La halogenación está favorecida por la temperatura baja y algún catalizador, como el hierro o
tricloruro de aluminio, que polariza al halógeno X para que se produzca enérgicamente la reacción. Los catalizadores suelen ser sustancias que presentan deficiencia de electrones. Sulfonación
Cuando los hidrocarburos bencénicos se tratan con ácido sulfúrico fumante (ácido sulfúrico que contiene anhídrido sulfúrico) H2SO4 + SO3 se forman compuestos característicos que reciben el nombre de ácidos sulfónicos. En realidad, se cree que el agente activo es el SO3
C6H6 + HOSO3H C6H5SO3H + H2O Ácido benceno sulfónico
Nitración El ácido nítrico fumante o también una mezcla de ácidos nítrico y sulfúricos (mezcla sulfonítrica), una parte de ácido nítrico y tres sulfúricos, produce derivados nitrados, por
sustitución. El ácido sulfúrico absorbe el agua producida en la nitración y así se evita la reacción inversa:
C6H6 + HONO2 C6H5NO2 + H2O Nitro -benceno
Combustión. El benceno es inflamable y arde con llama fuliginosa, propiedad característica de mayoría de los compuestos aromáticos y que se debe a su alto contenido en carbono.
2 C6H6 +15 O2 12CO2 + 6H2O Hidrogenación El núcleo Bencénico, por catálisis, fija seis átomos de hidrógeno, formando el ciclohexano, manteniendo así la estructura de la cadena cerrada.
C6H6 + 3H2 C6H12
Síntesis de Friedel y Crafts, Alquilación
El benceno reacciona con los haluros de alquilo, en presencia de Cloruro de aluminio anhidro como catalizador, formando homólogos.
C6H6 + CH3Cl C6H5CH3 + HCl Tolueno
El ataque sobre el anillo bencénico por el ion CH3 electrofilico es semejante al realizado por el ion Cl en la halogenación. Síntesis de Wurtz – Fitting.
Es una modificación de la de Wurtz de la serie grasa. Los homólogos del benceno pueden prepararse calentando una solución etérea de un halogenuro de alquilo y otro de arilo con sodio.Este método tiene la ventaja sobre el de Friedel – Crafts, de que se conoce la estructura del producto y puede introducirse fácilmente cadenas largas normales. PROPIEDADES FISICAS La serie aromática se caracteriza por una gran estabilidad debido a las múltiples formas resonantes que presenta. Muestra muy baja reactividad a las reacciones de adición. El benceno es una molécula plana con un alto grado de saturación lo cual favorece las
reacciones de sustitución. Es un líquido menos denso que el agua y poco soluble en ella.Es
muy soluble en otros hidrocarburos. El benceno es bastante tóxico para el hombre
ACTIVIDAD DE APRENDIZAJE
Investiga en los diferentes medios que tengas a tu alcance las siguientes preguntas 1.- ¿Qué es la cafeína? __________________________________________________________________
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2.- ¿Cuál es su formula química? __________________________________________________________________
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3.- ¿Cuáles son las propiedades de la cafeína? __________________________________________________________________
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4.- ¿Cuáles son sus usos terapéuticos? __________________________________________________________________
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5.- ¿Cuale tendrá mas cafeína un refresco de cola normal, o uno light? __________________________________________________________________
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6.- ¿Cuáles son los riesgos o dalos por el abuso del consumo de la cafeína? __________________________________________________________________
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7.- ¿Cuale crees que sea la verdadera razón por la que el fabricante de este tipo de bebidas no ponga que contiene cafeína? __________________________________________________________________
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UNIDAD 5 ALCOHOLES
Comprender cuales son las funciones de alcoholes y fenoles.
Conocer la composición de los tipos de alcoholes.
Darnos cuenta de losusos y utilidades dentro de la sociedad y en especial dentro del campo de la medicina de los alcoholes y fenoles.
Aprender las nomenclaturas de alcoholes y fenoles.Conocerlos tipos de alcoholes que existen en nuestro medio.
Conocer las propiedades físicas y químicas de los alcoholes.
Conocer los tipos de fenoles que existen en nuestro medio.
Conocerlas propiedades físicas y químicas de los fenoles.
Comprender por qué se nombran de tal forma a los alcoholes. Averiguar de dónde provienen los alcoholes y fenoles.
TEMA 5.1 CONCEPTO DE ALCOHOLES
En química se denomina alcohol a aquellos compuestos químicos orgánicos que contienen un grupo hidroxilo(-OH) en sustitución de un átomo de hidrógeno, enlazado de forma covalente a un átomo de carbono. Además este carbono debe estar saturado, es decir,
debe tener solo enlaces simples a sendos átomos;1esto diferencía a los alcoholes de los fenoles.
Si contienen varios grupos hidroxilos se denominan polialcoholes. Los alcoholes pueden ser primarios, secundarios o terciarios, en función del número de átomos de hidrógeno sustituidos en el átomo de carbono al que se encuentran enlazado el grupo hidroxilo.
TEMA 5.2 NOMENCLATURA DE LOS ALCOHOLES
Regla 1. Se elige como cadena principal la de mayor longitud que contenga el grupo -OH.
Regla 2. Se numera la cadena principal para que el grupo -OH tome el localizador más bajo. El grupo hidroxilo tiene preferencia sobre cadenas carbonadas, halógenos, dobles y triples enlaces.
Regla 3. El nombre del alcohol se construye cambiando la terminación -o del alcano con igual número de carbonos por -ol
Regla 4. Cuando en la molécula hay grupos grupos funcionales de mayor prioridad, el alcohol
pasa a serun mero sustituyente y se llama hidroxi-. Son prioritarios frente a los alcoholes: ácidos carboxílicos, anhídridos, ésteres, haluros de alcanoilo, amidas, nitrilos, aldehídos y cetonas.
Regla 5. El grupo -OH es prioritario frente a los alquenos y alquinos. La numeración otorga el localizador más bajo al -OH y el nombre de la molécula termina en -ol.
ACIDEZ Y BASICIDAD DE ALCOHOLES
Los alcoholes son especies anfóteras (anfipróticas), pueden actuar como ácidos o bases. En disolución acuosa se establece un equilibrio entre el alcohol, el agua y sus bases conjugadas.
Escribiendo la constante del equilibrio (Ka)
El pequeño valor de la constante nos indica que el equilibrio está totalmente desplazado a la izquierda. El logaritmo cambiado de signo de la constante de equilibrio nos da el pKa del metanol, parámetro que indica el grado de acidez de un compuesto orgánico. pKa = - log ka = 15.5
El aumento del pKa supone una disminución de la acidez. Asi, el metanol con un pka de 15.5 es ligeramente más ácido que el etanol con pka de 15.9.
El pKa de los alcoholes se ve influenciado por algunos factores como son el tamaño de la
cadena carbonada y los grupos electronegativos Al aumentar el tamaño de la cadena carbonada el alcohol se vuelve menos ácido.
Los grupos electronegativos (halógenos) aumentan la acidez de los alcoholes (bajan el pKa)
SINTESIS DE ALCOHOL A PARTIR DE HALOALCANOS
Los alcoholes se pueden obtener a partir de haloalcanos mediante reacciones SN2 y SN1 Síntesis de alcoholes mediante SN2 Los haloalcanos primarios reaccionan con hidróxido de sodio para formar alcoholes. Haloalcanos secundarios y terciarios eliminan para formar alquenos.
El bromuro de isopropilo (sustrato secundario) elimina al reaccionar con el ión hidróxido.
Síntesis de alcoholes mediante SN1 Los sustratos secundarios y terciarios reaccionan con agua mediante mecanismo SN1 para formar alcoholes.
Hidrólisis de ésteres
Es un método interesante para preparar alcoholes a partir de haloalcanos secundarios. El
haloalcano se convierte en éster por reacción con acetato de sodio, para después hidrolizarse en medio ácido o básico, obteniéndose el alcohol.
SINTESIS DE ALCOHOLES POR REDUCCION DE CARBONILOS Tanto el borohidruro de sodio (NaBH4) como el hidruro de litio y aluminio (LiAlH4) reducen aldehídos y cetonas a alcoholes.
El etanal [1] se transforma por reducción con el borohidruro de sodio en etanol [2].
El mecanismo transcurre por ataque del hidruro procedente del reductor sobre el carbono carbonilo. En una segunda etapa el disolvente protona el oxígeno del alcóxido.
El hidruro de litio y aluminio trabaja en medio éter y transforma aldehídos y cetonas en alcoholes después de una etapa de hidrólisis ácida.
El mecanismo es análogo al del borohidruro de sodio.
El reductor de lítio y aluminio es más reactivo que el de boro, reacciona con el agua y los alcoholes desprendiendo hidrógeno. Por ello, debe disolverse en medios apróticos (éter).
El reductor de boro, menos reactivo, descompone lentamente en medios próticos, lo que permite utilizarlo disuelto en etanol o agua. SINTESIS DE ALCOHOLES POR HIDROGENACION DE CARBONILOS
Otro método para preparar alcoholes consiste en la reducción de aldehídos o cetonas a alcoholes. El método más simple es la hidrogenación del doble enlace carbono-oxígeno, utilizando hidrógeno en presencia de un catalizador de platino, paladio, niquel o r utenio.
El etanal [1] se transforma por hidrogenación del doble enlace en etanol [2]
La ciclopentanona [1] se transforma por hidrogenación en ciclopentanol [2] SINTESIS DE ALCOHOLES A PARTIR DE EPOXIDOS Los alcoholes se pueden obtener por apertura de epóxidos (oxaciclopropanos). Esta apertura se puede realizar empleando reactivos organometálicos o el reductor de litio y aluminio.
El oxaciclopropano [1] se transforma por reducción con hidruro de litio y aluminio en etanol [2].
El mecanismo el mecanismo de la reacción comienza con el ataque el hidruro procedente del redutor sobre el carbono polarizado positivamente del epóxido, para terminar con la protonación del alcóxido
Los reactivos de Grignard (organometálicos de magnesio) y los organolíticos reaccionan con oxaciclopropano para dar un alcohol primario.
El metillitio ataca al oxaciclopropano [1] para formar propan-1-ol [2]
SINTESIS DE ALCOHOLES POR HIDRATACION DE ALQUENOS Un método de síntesis para alcoholes, ya estudiado en la sección de alquenos, consiste en hidratar el alqueno. La adición del -OH puede ser en el carbono más sustituido del alqueno (Markovnikov), o bien, en el carbono menos sustituido (antiMarkovnikov). Hidratación Markovnikov En esta hidratación el grupo hidroxilo va al carbono con más sustituyentes. Se emplea como
reactivo sulfúrico acuoso, o bien, acetato de mercurio en agua, seguido de reducción con borohidruro de sodio.
Hidratación antiMarkovnikov El grupo hidroxilo se adiciona al carbono menos sustituido. El reactivo empleado es borano en
THF seguido de oxidación con agua oxigenada en medio básico (hidroboración)
SINTESIS DE ALCOHOLES POR REDUCCION DE ACIDOS Y ESTERES Los ácidos carboxílicos y los ésteres se reducen a alcoholes con el hidruro de litio y aluminio. Reductores más suaves como el borohidruro de sodio son incapaces de reducir estos compuestos.
El ácido etanoico [1] se transforma por reducción con hidruro de litio y aluminio en etanol [2].
El benzoato de metilo [1] se transforma en alcohol bencilico [2] por reducción con hidruro de litio y aluminio.
SINTESIS DE ALOALCANOS A PARTIR DE ALCOHOLES Los alcoholes primarios y secundarios pueden convertirse en haloalcanos con reactivos como: tribromuro de fósforo, tricloruro de fósforo, cloruro de tionilo y pentacloruro de fósforo.
El mecanismo de estas reacciones es de tipo SN2 y sólo los alcoholes primarios y secundarios reaccionan. Veamos el mecanismo de la primera reacción.
Etapa 1. Ataque del alcohol al tribromuro de fósforo
Etapa 2. Sustitución nucleófilabimolecular, actuando el bromuro como nucleófilo
Todos los bromos del PBr3 son reactivos y el mecanismo se repite dos veces más. Oxidacion de alcoholes
La oxidación de alcoholes forma compuestos carbonilos. Al oxidar alcoholes primarios se
obtienen aldehídos, mientras que la oxidación de alcoholes secundarios forma cetonas. Oxidación de alcoholes primarios a aldehídos
El trióxido de cromo con piridina en diclorometano permite aislar aldehídos con buen rendimiento a apartir de alcoholes primarios. Se conoce como PCC (clorocromato de piridinio) al trióxido de cromo con piridina y ácido clorhídrico en diclorometano. Este reactivo también convierte alcoholes primarios en aldehídos.
Oxidación de alcoholes primarios a ácidos carboxílicos El trióxido de cromo en medio ácido acuoso (reactivo de Jones), el permanganato de potasio y el dicromato de potasio oxidan lo alcoholes primarios a ácidos carboxílicos.
Oxidación de alcoholes secundarios a cetonas
Los oxidantes convierten los alcoholes secundarios en cetonas. No es posible la sobreoxidación a ácido carboxílico.
Formacion de Alcoxido a partir de Alcoholes
Los alcóxidos son las bases de los alcoholes, se obtienen por reacción del alcohol con una base fuerte.
Los pKa de los ácidos conjugados son similares y el equilibrio no se encuentra desplazado. El ión hidróxido es una base demasiado débil para formar el alcóxido en cantidad importante.
El amiduro es una base muy fuerte y desplaza el equilibrio a la derecha, transformando el
metanol en metóxido. Otras bases fuertes que pueden ser usadas para formar alcóxidos son: hidruro de sodio, LDA, sodio metal.
TEMA5.3 PROPIEDADES FISICAS Y QUIMICAS DE LOS ALCOHOLES
Los alcoholes suelen ser líquidos incoloros de olor característico, solubles en el agua en proporciónes variables y menos densasque ella. Al aumentar la masa molecular, aumentan sus puntos de fusión y ebullición, pudiendo ser sólidos a temperatura ambiente (el pentaerititrol funde a 260 °C). A diferencia de los alcanos de los que derivan, el grupo funcional hidroxilo permite que la molécula sea soluble en agua debido a la similitud del grupo hidroxilo con la molécula de agua y le permite formar enlaces de hidrógeno. La solubilidad de la molécula depende del tamaño y forma de la cadena alquílica, ya que a medida que la
cadena alquílica sea más larga y más voluminosa, la molécula tenderá a parecerse más a un hidrocarburo y menos a la molécula de agua, por lo que su solubilidad será mayor en disolventes apolares, y menor en disolventes polares. Algunos alcoholes (p rincipalmente polihidroxílicos y con anillos aromáticos) tienen una densidad mayor que la del agua.
El hecho de que el grupo hidroxilo pueda formar enlaces de hidrógeno también afecta a los puntos de fusión y ebullición de los alcoholes. A pesar de que el enlace de hidrógeno que se forma sea muy débil en comparación con otros tipos de enlaces, se forman en gran número
entre las moléculas, configurando una red colectiva que dificulta que las moléculas puedan
escapar del estado en el que se encuentren (sólido o líquido), aumentando así sus puntos de fusión y ebullición en comparación con sus alcanos correspondientes. Además, ambos puntos suelen estar muy separados, por lo que se emplean frecuentemente como componentes de mezclas anticongelantes. Por ejemplo, el 1,2-etanodiol tiene un punto de fusión de -16 °C y un punto de ebullición de 197 °C.
Propiedades químicas de los alcoholes
Los alcoholes pueden comportarse como ácidos o bases gracias a que el grupo funcional es similar al agua, por lo que se establece un dipolo muy parecido al que presenta la molécula de agua.
Por un lado, si se enfrenta un alcohol con una base fuerte o con un hidruro de metal alcalino se forma el grupo alcoxi, en donde el grupo hidroxilo se desprotona dejando al oxígeno con
carga negativa. La acidez del grupo hidroxilo es similar a la del agua, aunque depende fundamentalmente del impedimento estérico y del efecto inductivo. Si un hidroxilo se encuentra enlazado a un carbono terciario, éste será menos ácido que si se encontrase enlazado a un carbono secundario, y a su vez éste sería menos ácido que si estuviese enlazado a un carbono primario, ya que el impedimento estérico impide que la molécula se solvate de manera efectiva. El efecto inductivo aumenta la acidez del alcohol si la molécula posee un gran número de átomos electronegativos unidos a carbonos adyacentes (los átomos electronegativos ayudan a estabilizar la carga negativa del oxígeno por atracción electrostática).
Por otro lado, el oxígeno posee 2 pares electrónicos no compartidos por lo que el hidroxilo
podría protonarse, aunque en la práctica esto conduce a una base muy débil, por lo que para que este proceso ocurra, es necesario enfrentar al alcohol con un ácido muy fuerte.
ACTIVIDAD DE APRENDIZAJE
Investiga y contesta las siguientes preguntas
1.- ¿Qué es un plástico?
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2.- ¿Qué es la polimerización?
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3.- ¿Cuál es la formula de la caseína?
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4.- ¿Cuáles son los principales usos de la caseína?
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5.- ¿Cuáles son las propiedades de la caseína?
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UNIDAD 6 ALDEHIDOS Y CETONAS OBJETIVOS:
Comprender cuales son las funciones de aldehídos y cetonas
Conocer la composición de los aldehídos y cetonas.
Darnos cuenta de los usos y utilidades dentro de la sociedad los aldehídos y cetonas
Aprender las nomenclaturas de aldehídos y cetonas.
Conocerlos tipos de alcoholes que existen en nuestro medio.
Conocer las propiedades físicas y químicas de los aldehídos y cetonas.
Conocer los tipos que existen en nuestro medio.
Conocerlas propiedades físicas y químicas.
Comprender por qué se nombran de tal forma a los aldehídos y cetonas.
Averiguar de dónde provienen los aldehídos y cetonas
TEMA 6.1 CONCEPTO DE ALDEHIDOS Y CETONAS
Los aldehídos y las cetonas: son compuestos
caracterizados por la presencia del grupo carbonilo (C=O). Los aldehídos presentan el grupo carbonilo en posición terminal mientras que las cetonas lo presentan en posición intermedia. El primer miembro de la familia química de los aldehídos es el metanal o formaldehído (aldehído fórmico), mientras que el primer miembro de la familia de las cetonas es la propanona o acetona (dimetil acetona)
Metanal
Propanona
Metil-fenil-cetona
TEMA 6.2 NOMENCLATURA DE LOS ALDEHIDOS Y CETONAS
Reglas IUPAC de nomenclatura para aldehídos El doble enlace carbono-oxígeno (C=O) se denomina grupo carbonilo y está formado por dos
tipos de compuestos: los aldehídos, que tienen el grupo carbonilo enlazado al menos a un hidrógeno, y las cetonas, en las cuales está enlazado a dos cadenas carbonadas. La IUPAC nombra los aldehídos como derivados de alcanos, reemplazando la terminación -o por -al. El metanal, deriva del metano, el etanal del etano.
Aldehídos unidos a ciclos
Los aldehídos que no pueden nombrarse mediante el sufijo -al se describen mediante el sufijo -carbaldehído.
Aldehídos como sustituyentes
Los ácidos carboxílicos y sus derivados son funciones preferentes frente a los aldehídos y
cetonas, pasando estos grupos a nombrarse como sustituyentes, mediante la partícula oxo-
Nomenclatura de cetonas
Las cetonas se nombran cambiando la terminación -o del alcano por -ona. Se asigna el localizador más pequeño posible al grupo carbonilo, sin considerar otros sustituyentes o grupos funcionales como -OH o C=C.
Existe un segundo tipo de nomenclatura que nombra las cadenas que parten del carbono carbonilo como sustituyentes, terminando el nombre en cetona.
Cetonas como sustituyentes Los ácidos carboxílicos, sus derivados y los aldehídos son
prioritarios a las cetonas, nombrándose estas como sustituyentes. Al igual que los aldehídos se emplea la partícula -oxo.
TEMA 6.3 PROPIEDADES FISICO QUIMICAS
Las cetonas aromáticas
reciben el nombre de felonas.
Propiedades Físicas: La presencia del grupo carbonilo convierte a los aldehídos y cetonas en compuestos polares. Los compuestos de hasta cuatro átomos de carbono, forman puente de hidrógeno con el
agua, lo cual los hace completamente solubles en agua. Igualmente son solubles en solventes orgánicos.
Punto de Ebullición: los puntos de ebullición de los aldehídos y cetonas son mayores que el de los alcanos del mismo peso molecular, pero menores que el de los alcoholes y ácidos
carboxílicos comparables. Esto se debe a la formación de dipolos y a la ausencia de formación de puentes de hidrógeno intramoleculares en éstos compuestos. (Constantes físicas de algunas aldehidos y cetonas)
Propiedades Químicas: Los aldehídos y cetonas se comportan como ácidos debido a la presencia del grupo carbonilo, esto hace que presenten reacciones típicas de adición nucleofílica.
Reacciones de adición nucleofílica: Estas reacciones se producen frente al (reactivo de Grignard), para dar origen a un oxihaluro de alquil-magnesio que al ser tratado con agua da origen a un alcohol. El metanal forma alcoholes primarios y los demás aldehídos forman alcoholes secundarios.
La reacción de adición nucleofílica en las cetonas dan origen a alcoholes terciarios.
Otras reacciones de adición nucleofílica pueden producirse con el ácido cianhídrico, el sulfito ácido de sodio, la hidroxilamina, hidracina, semicarbacida, fenilhidracina y con el 2,4 dinitrofenilhidracina, para dar origen a diferentes compuestos químicos.
Los aldehídos y cetonas también pueden dar origen a otros compuestos mediantereacciones de sustitución
halogenada, al reaccionar con los halógenos sustituyen uno o varios hidrógenos del carbono unido al carbonilo.Este método permite obtener la
monobromoactona que es un poderoso gas
lacrimógeno.
Reacciones de condensación aldólica: En esta reacción se produce la unión de dos aldehídos o dos cetonas en presencia de una solución de NaOH formando un polímero, denominado aldol.
Reacciones de oxidación: Los aldehídos se oxidan
con facilidad frente a oxidantes débiles produciendo ácidos. Mientras que las cetonas sólo se oxidan ante oxidantes muy enérgicos que puedan romper sus cadenas carbonadas. Es así que las reacciones de oxidación permiten diferenciar los aldehídos de las cetonas en el Laboratorio.
Síntesis y obtención de aldehídos y cetonas alifáticas: Los aldehídos y cetonas pueden ser obtenidos mediante la oxidación de alcoholes.
La hidratación de alquinos en presencia de ácido sulfúrico en solución acuosa y sulfato mercúrico permite obtener aldehídos y cetonas.
Síntesis de Aldehídos Aromáticos:
Los aldehídos aromáticos presentan un anillo aromático
unido al grupo carbonilo. El representante de este grupo de compuestos es el benzaldehido. La obtención del benzaldehido puede ser mediante oxidación del tolueno, del cloruro de bencilo o por hidrólisis del cloruro de bencilideno.
Benzaldehido
Síntesis de cetonas aromáticas
Las cetonas aromáticas (fenonas) presentan uno o dos anillos aromáticos unidos al grupo carbonilo.
Metal-fenil-cetona
difenil-cetona
La mayoría de las cetonas aromáticas se preparan por acilación de Friedel-Crafts, donde el benceno reacciona con los cloruros de ácido en presencia de cloruro de aluminio. Así el grupo acilo entra al anillo para producir las fenonas.
Uso de los aldehídos y cetonas:
Aldehídos:
El metanal o aldehído fórmico es el aldehído con mayor uso en la industria, se utiliza fundamentalmente para la obtención de resinas fenólicas y en la elaboración de explosivos (pentaeritrol y el tetranitrato de pentaeritrol, TNPE) así como en la elaboración de resinas alquídicas y poliuretano expandido.
También se utiliza en la elaboración de uno de los llamados plásticos técnicos que se utilizan fundamentalmente en la sustitución de piezas metálicas en automóviles y maquinaria, así como para cubiertas resistentes a los choques en la manufactura de aparatos eléctricos. Estos plásticos reciben el nombre de POM (polioximetileno)
Cetonas: La cetona que mayor aplicación industrial tiene es la acetona (propanona) la cual se utiliza como disolvente para lacas y resinas, aunque su mayor consumo es en la producción del plexiglás, empleándose también en la elaboración de resinas epoxi y poliuretanos. Otras
cetonas industriales son la metiletil cetona (MEK, siglas el inglés) y la ciclohexanona que además de utilizarse como disolvente se utiliza en gran medida para la obtención de la caprolactama, que es un monómero en la fabricación del Nylon 6 y también por oxidación del ácido adípico que se emplea para fabricar el Nylon 66.
Muchos aldehídos y cetonas forman parte de los aromas naturales de flores y frutas, por lo cual se emplean en la perfumería para la elaboración de aromas como es el caso del benzaldehído (olor de almendras amargas), el aldehído anísico (esencia de anís), la vainillina, el piperonal (esencia de sasafrás), el aldehído cinámico (esencia de canela). De origen animal existe la muscona y la civetona que son utilizados como fijadores porque evitan la evaporación de los aromas además de potenciarlos por lo cual se utilizan en la industria de la perfumería.
aldehidoanísico
muscona
civetona
UNIDAD 7 ACIDOS
CARBOXILICOS
Comprender cuales son las funciones de los acidoscarboxilicos
Conocer la composición de los tipos carboxilicos
Darnos cuenta de losusos y utilidades dentro de la sociedad de los materiales y sustancias desarrolladas en base a los acidoscarbonicos.
Aprender las nomenclaturas del grupo carboxilos.
Conocer las propiedades físicas y químicas de los carboxilos.
Conocer los tipos de acidos que existen en nuestro medio.
Conocerlas propiedades físicas y químicas.
Comprender por qué se nombran de tal forma a los carboxilos. Averiguar de dónde provienen los grupos carboxilos.
TEMA 7.1 ÁCIDOS CARBOXÍLICOS.
R-COOH
Los ácidos carboxílicos constituyen un grupo de compuestos que se caracterizan porque poseen un grupo funcional llamado carboxilo, se produce cuando se une un grupo hidroxilo ( -OH) y carbonilo ( C=O). Se puede representar como COOH ó CO2H.
Nomenclatura
Los nombres de los ácidos carboxílicos se designan según la fuente natural de la que inicialmente se aislaron.
Nombres y fuentes naturales de ácidos carboxílicos.
Estructura Nombre IUPAC Nombre común Fuente natural
HCOOH Ácido metanoico Ácido fórmico
Procede de la destilación destructiva de hormigas (fórmica es hormiga en latín)
CH3COOH Ácido estanoico Ácido acético Vinagre (acetum es vinagre en latín)
CH3CH2COOH Ácido propanoico Ácido propiónico
Producción de lácteos (pion es grasa en griego)
CH3CH2CH2COOH Ácido butanoico Ácido butírico
Mantequilla (butyrum,
mantequilla en latín)
CH3(CH2)3COOH Ácido pentanoico Ácido valérico Raíz de valeriana
CH3(CH2)4COOH Ácido hexanoico Ácido caproico
Olor de cabeza (caper, cabeza en latín)
TEMA 7.2 NOMENCLATURA DE LOS ACIDO CARBOXILICOS
En el sistema IUPAC los nombres de los ácidos carboxílicos se forman reemplazando la terminación “o” de los alcanos por “oico”, y anteponiendo la palabra ácido.
El esqueleto de los ácidos alcanoicos se enumera asignando el N° 1 al carbono carboxílico y continuando por la cadena más larga que incluya el grupo COOH.
Ejemplo:
Br
Ácido 2-bromopropanoico.
CH3CHCOOH
3 2 1
Ácido propenoico.
CH2=CHCOOH
3 2 1
En los ácidos carboxílicos poli sustituidos, la cadena principal se escoge de forma que incluya tantos grupos funcionales como sea posible:
CH3CH2CH2CH2
Ácido5-butil-6heptanoico
CH2=CHCHCH2CH2CH2COOH
7 6 5 4 3 2 1
Ácido 5-oxo4propilhexanoico
CH3CCHCH2CH2COOH
6 5 43 2 1
CH2CH2CH3
En los ácidos cíclicos saturados se nombran como ácido cicloalcanocarboxílicos. Sus homólogos aromáticos son los ácidos benzoicos.
Ácido 2-hidroxibenzoico
COOH 1
OH 2
Ácido dalicílico
Cl 2
Br 1
COOH Ácido 1-bromo-2clorociclopentano-carboxílico
Los ácidos carboxílicos se denominan ácidos dioicos
OO
Ácido etanodioico (ácido oxalico)
HOCCOH
O O
Ácido propanodioico (ácido malónico)
HOCCH2OOH
HOOCCH2CH2COOH Ácido butanodioico (ácido succínico )
Sus nombres comunes reflejan su origen natural. Por ejemplo: el ácido butanodioico (succinico) fue descubierto en la destilación del ámbar (succinum, ámbar en latín), el ácido 2 -hidroxibenzoico (salicílico) es un analgésico que se encuentra en la corteza del sauce (salís, sauce en latín).
Un sistema muy empleado para nombrar los ácidos, consiste en asignar letras del alfabeto griego a los carbonos que están unidos al carbono carboxílico. En este sistema no se cuenta el carbono del grupo funcional y se inicia la denominación por el inmediato.
Ejemplo:
CH2OH-CH2-CH2-COOH
Ácido -hidroxi-butanoico.
TEMA 7.3 PROPIEDADES FISICO Y QUIMICAS.
Estructurales:
La estructura de los ácidos carboxílicos es plana con ángulos de enlace C-C-O y O-C-O de 120°.
Por ejemplo:
El ácido fórmico (metanoico) es casi plano, con un carbono carbonílico aproximadamente trigonal.
Estas características estructurales son generales de los ácidos carboxílicos.
Físicas.
El grupo carboxilo es fuertemente polar, debido al doble enlace carbono-oxígeno, que es polarizable, y al hidroxilo, que forma puentes de hidrógeno con otras moléculas polarizadas como agua, alcoholes u otros ácidos carboxílicos, estos ácidos son completamente solubles en agua. Como líquidos puros o incluso en disoluciones bastante diluidas, en disolventes aprótico, los ácidos carboxílicos existen en forma de dímeros unidos por puentes de hidrógeno, con una interacción O-H ... O cuyo valor energético oscila entre 6 y 8 Kcal/mol.
Formación de Dímeros
O...H-O
2RCOOH R-C C-R
O...H-O
Los ácidos carboxílicos tienen puntos de fusión y ebullición relativamente altos, debido a la formación de estos puentes en estado sólido y líquido.
Ácido Fórmula
Solubilidad
g/100g de H2O
Punto de fusión
Punto de ebullición °C
Ka en H2O a 25°C
Metanoico (fórmico) H-COOH " 8,4 101 1,8 X 10-4
Etanoico
(acético) CH3-COOH " 17 118 1,8 X 10-5
Propanoico (propiónico) CH3-CH2-COOH " -22 141 1,3X 10-5
Butanoico (N-butírico) CH3-(CH2)2-COOH " -5 163 -------------
Isobutanoico (isobutírico) (CH3)2-CH-COOH 20 (20°C) -47 154 1,4X 10-5
Sec-propanoico (láctico) CH3-CHOH-COOH -------------- 17 ----- 2,4 X 10-4
Octadecanoico (esteárico)
CH3-(CH2)16-COOH 0,034 (25°C) 69 360 -------------
Benzoico C6H5-COOH 0,27 (18°C) 122 249 6,5 X 10-5
En esta tabla se ilustran las propiedades físicas fundamentales de algunos ácidos carboxílicos importantes:
Los 3 primeros son solubles en todas las proporciones en H2O y luego la solubilidad disminuye hasta hacerse insolubles, esto se debe a la solvatación de moléculas del ácido a través de la formación de puentes de H con las moléculas de agua, hecho que se dificulta a medida que aumenta el tamaño de la molécula.
El punto de ebullición aumenta gradualmente a medida que aumenta el peso molecular, en
cambio el punto de fusión, si bien va en aumento, lo hace en forma escalonada; es decir, que cada ácido con número par de carbonos tiene punto de fusión más elevado que los vecinos de número impar; estas variaciones se pueden apreciar en la siguiente gráfica.
Los valores elevados para los puntos de fusión y ebullición, en relación con los compuestos pertenecientes a otras funciones, indican la fuerza de asociación intermolecular a través de los puentes de hidrógeno.
Por las mismas razones estructurales expuesta, el estado físico de los ácidos se presenta así: líquidos móviles hasta el C5; luego hasta el C9 siguen siendo líquidos, pero menos fluidos; y del C10 en adelante son sólidos insolubles en agua, pero solubles en disolventes orgánicos.
Los ácidos carboxílicos, especialmente los de peso molecular relativamente bajo y por tanto
volátiles presentan olores fuertes. Por ejemplo, el olor característico de muchos quesos es debido a la presencia del ácido butanoico, el ácido E-3 metil-2-hexenoico se identificó en 1991 como el principal responsable del olor del sudor humano.
UNIDAD 8 ETERES, AMINAS, AMIDAS Y
ESTERES Comprender cuales son las funciones de los grupos funcionales.
Conocer la composición de cada uno de los tipos de grupos funcionales.
Darnos cuenta de losusos y utilidades dentro de la sociedad y en especial dentro del campo de la industria
Aprender las nomenclaturas de cada uno de los grupso funcionales.
Conocer las propiedades físicas y químicas.
Comprender por qué se nombran de acuerdo a la estructura.
TEMA 6.1 CONCEPTOS DE LOS GRUPOS FUNCIONALES
ETERES
Se les puede considerar como derivados del agua al sustituir los dos hidrógenos por radicales alquilo. Se caracterizan por tener la fórmula general R – O – R.
H – O – H CH3 – O – CH3
Agua Éter
ESTERES
Los ésteres son el resultado de la reacción química entre un ácido carboxílico y un alcohol (saponificación). Su estructura química general es
R – C – O – R ó R – COO – R.
||
O
AMINAS
Se consideran como compuestos derivados del amoniaco (NH3), se forman cuando se sustituyen uno, dos o los tres átomos de hidrógeno del amoniaco por radicales alquilo.
Según el número de hidrógenos del amoniaco sustituidos por radicales alquilo, las aminas se clasifican en aminas primarias, secundarias o terciarias.
H – N – H R – N – H R – N – H R- N - R
| | | |
H H R R
Amoniaco Amina primaria Amina secundaria Amina terciaria
AMIDAS
Las amidas son los compuestos resultantes de la sustitución del hidroxilo de un ácido carboxílico por un grupo amino.
R – C = O R – C = O | | OH NH2
Ácido carboxílico Amida
HALOGENUROS DE ALQUILO
Los derivados halogenados de los hidrocarburos, resultan al sustituir uno o más átomos de hidrógeno por uno o más halógenos (flúor, cloro, bromo yodo).
Los derivados halogenados pueden ser monohalogenados o polihalogenados.
Los derivados monohalogenados son aquellos donde sólo se sustituye un átomo de hidrógeno por un átomo de halógeno. Éstos también reciben el nombre de halogenuros de alquilo. Su fórmula general es R – X, donde X es un halógeno.
TEMA 6.2 NOMENCLATURA
NOMENCLATURA DE LOS ETERES
Existen cuatro formas de nombrar a los éteres, aquí solamente veremos dos, la que se considera común y la nomenclatura de la UIQPA.
Primera:
Una forma común de nombrarlos es anteponer la palabra éter, enseguida el nombre de los radicales, primero el más sencillo y por último el más complejo que deberá
tener la terminación ico. CH3 – O – CH2 – CH3 CH3 – CH2 – O – CH2 – CH2 – CH3 Éter metil-etílico Éter etil-propílico Cuando los dos radicales son iguales éstos se designan con el prefijo di. CH3 – O – CH3 CH3 – CH2 – O – CH2 – CH3 Éter dimetílico Éter dietílico
Segunda:
De acuerdo a la nomenclatura de la UIQPA, se nombra primero al radical mas sencillo con la terminación oxi y enseguida el otro radical con la terminación ano.
CH3 – O – CH2 – CH3 CH3 – CH2 – O – CH2 – CH2 – CH3 MetoxietanoEtoxipropano CH3 – O – CH3 CH3 – CH2 – O – CH2 – CH3 MetoximetanoEtoxietano
NOMENCLATURA DE LOS ESTERES
Para nombrar los ésteres se pueden dividir en la parte ácida y la parte alcohólica.
R – C – O – R.
|| O
Parte Ácida Parte alcohólica
La parte que proviene del ácido se nombra con la terminación ato y la alcohólica como radical alquilo. HCOO – CH3 Metanoato de metilo CH3 – COO – CH3 Etanoato de metilo CH3 – COO – CH - CH3 Etanoato de isopropilo
| CH3
CH3 – CH2 – COO – CH2 – CH2 – CH2 – CH3 Propanoato de butilo
NOMENCLATURA DE LAS AMINAS
Para nombrar las aminas se escribe el nombre de cada radical en orden alfabético o en orden creciente de complejidad con el sufijo amina.
CH3 – NH2 metilamina CH3 – NH – CH2 – CH3 metiletilamina CH3 – N – CH2 – CH3 metiletilpropilamina
|
CH2 – CH2 – CH3
Cuando la molécula tiene dos o tres grupos alquílicos idénticos unidos al nitrógeno se antepone el prefijo di o tri.
CH3 – NH – CH3 dimetilamina CH3 – CH2 – N – CH2 – CH3 metildietilamina
| CH3
CH3 – CH2 – N – CH2 – CH3 trietilamina | CH2 – CH3
NOMENCLATURA DE LAS AMIDAS
Para nombrar a las amidas se indica el nombre del alcano correspondiente con la terminación amida.
H – CONH2 metanoamida
CH3 – CONH2 etanoamida CH3 – CH2 – CH2 – CONH2 butanoamida
Si se sustituye un hidrógeno de la amida por un grupo alquilo; este se nombra primero como prefijo.
CH3 –CONH – CH3 metiletanoamida O
|| CH3 – CH2 – C – NH – CH2 – CH3 etilpropanoamida
NOMENCLATURA DE LOS HALOGENUROS DE ALQUILO
Para nombrarlos se escribe el nombre del halógeno indicando su posición (cuando sea necesario) y enseguida el nombre del hidrocarburo.
CH3 – Cl cloro metano
CH3 – CH2 – CH2 – Br 1-bromopropano
CH3 – CH2 – CH – CH2 – CH2 – CH3 3 – clorohexano
| Cl
TEMA 6.3 PROPIEDADES FISICO QUIMICAS
Propiedades físicas de éteres. La mayoría de los éteres son líquidos, excepto el
metoximetano que es gaseoso; sus puntos de ebullición son muy semejantes a los que tienen los alcanos de masa molares también semejantes y menores que la de los alcoholes de los que provienen; los que tienen seis o más átomos de carbono en su molécula no son solub les en agua, los de cinco o menos carbonos sí son solubles en esta sustancia. Son volátiles, flamables, incoloros, más ligeros que el agua y de olor agradable. En la siguiente tabla se muestran las propiedades físicas de algunos éteres .
Nombre y fórmula P de f. °C P de eb. °C
Metoxi metano
CH3 - O - CH3 - 139 - 24
Etoxietano
CH3 - CH2 - O – CH2 – CH3 - 116 34
Propoxipropano
CH3 –CH2- CH2 - O – CH2 - CH2 - CH3 -122 90
Metoxibutano
CH3 - O - CH2 - CH2– CH2-CH3 -116 70
Butoxibutano
CH3 -CH2-CH2-CH2--O-CH2-CH2-CH2 -CH3 - 98 142
Algunos éteres como el éter etílico se usan como anestésicos, otros como disolventes de barnices, lacas y como removedores de pintura.
Propiedades físicas de los ésteres. Los primeros cuatro compuestos de los éteres son líquidos, y el olor y sabor de muchos alimentos se debe a la presencia de ésteres; estos compuestos provienen del ácido fórmico, tienen un sabor a ciruela, los acetatos un sabor a pera, los butiratos a piña y los que provienen de los isovalerianos un sabor a manzana, y son poco solubles en agua. La siguiente tabla presenta las propiedades físicas de algunos ésteres.
Nombre y fórmula P de eb. °C Densidad g/cm3 Formiato de metilo
H
l
C – O – CH3 31.8 0.975
ll
O
Formiato de etilo
H
l
C – O – CH2 – CH3 54.3 0.906
ll
O
Acetato de metilo
CH3 – C – O – CH3 57.1 0.933
ll
O
Acetato de etilo
CH3 – C – O – CH2 – CH3 77.1 0.899
ll
O
Acetato de propilo
CH3 – C – O – CH2 – CH2 – CH3 101.6 0.887
ll
O
Los ésteres se usan en la industria por su aroma y fragancia de flores y frutas. Algunos destacan por su olor y sabor, como el acetato de penitilo que tiene un aroma de plátano, y e l acetato de actino de naranja. También se usan en la fabricación de jabón y productos farmacéuticos.
Propiedades físicas de amidas. Con excepción de la metanoamida, todas las demás funden a temperaturas altas. La metanoamida es líquida y las demás son sólidas, las amidas de baja masa molecular son solubles en agua y las de masas moleculares grandes son solubles en alcohol y éter. La siguiente tabla muestra las propiedades físicas de algunas amidas.
Nombre y fórmula P de f. °C P de eb. °C
Metanoamida
H
l
C - NH2 2 193
ll
O
Etanoamida
CH3 - C - NH2 82 222
ll
O
Porpanoamida
CH3 - CH2 - C - NH2 79 213
ll
O
Las amidas se usan en una gran variedad de síntesis orgánicas, siendo el nylon una de las fibras más importantes; tienen actividad fisiológica por lo que se les utiliza en medicina.
Propiedades físicas de aminas. Las aminas tienen puntos de ebullición más elevados que los alcanos y menores que los alcoholes de masas moleculares semejantes; los tres tipos de aminas que tienen hasta cinco átomos de carbono son solubles en agua, éter, alcohol y benceno, la mayoría de las aminas son solubles en ácidos diluidos. La metilamina y la etilamina tiene olor muy parecido al amoniaco y las de masas moleculares muy elevadas tienen olor a pescado. En la siguiente tabla se presentan las propiedades físicas de algunas aminas.
Nombre y fórmula P de f. °C P de eb. °C
Metilamina
CH3 - NH2 - 92 - 6.5
Dimetilamina
CH3 - NH
l
CH3 - 96 7.5
Trimetilamina
CH3
l
CH3 - N - CH3 - 124 3,5
Dietilamina
CH3 -CH2 - NH- CH2- CH3 - 39 56
Dipropilamina
CH3 - CH2 - CH2 - NH - CH2 - CH2 - CH3 - 83 48
Se utilizan para calmar el dolor producido en la piel por estar mucho tiempo en el sol; en medicina se utilizan como anestésicos locales.
Propiedades físicas de halogenuros de alquilo. Los puntos de ebullición de los halogenuros de alquilo son más elevados que los que tienen los alcanos con las masas moleculares
semejantes, sus puntos de ebullición aumentan al incrementarse la masa atómica del
halógeno; son insolubles en agua y solubles en disolventes polares. En la siguiente tabla se presentan las propiedades físicas de algunos halogenuros de alquilo.
Nombre del radical Fluoruros Cloruros Bromuro Yoduro
P de eb.°C P de eb. °C P de eb. °C P de eb. °C
Metilo -78 -24 4 42.4
Etilo -38 12 38 72
Propilo -3 47 71 102
Isopropilo -9 36 59 90
Se usan para lavar en seco, para la obtención de insecticidas, como removedores de pintura, para fabricar cloruro de polivinilo, teflón y hule neopreno.
TEMA 8.4 EVALUAR LA IMPORTANCIA DE LAS APLICACIONES EN LA VIDA DIARIA
GLICEROL
Se trata de un laxante empleado por vía rectal por sus propiedades estimulantes a nivel intestinal. En el campo de la tecnología farmacéutica, el glicerol es un disolvente ampliamente utilizado en virtud de sus propiedades físico-químicas en la formulación de diferentes formas farmacéuticas. El glicerol es un polihidroxialcohol ampliamente utilizado en las industrias Química, Farmacéutica y Cosmética en virtud de sus propiedades humectante, antisépticas, para
problemas de estreñimiento con dependencia de laxantes, higroscópicas y espesantes. Se trata de un líquido incoloro, viscoso y casi inodoro, que posee una temperatura de ebullición de 290 °C y una temperatura de fusión de 17,9 °C. La fuerza de tensión superficial es menor que la del agua, pero mayor que la de muchos disolventes orgánicos; resulta soluble en agua y alcohol e insoluble en éter y cloroformo. En el campo de la tecnología farmacéutica, el glicerol es un disolvente de extraordinario valor, capaz de formar disoluciones concentradas y permanentes, imposibles de obtener con otros vehículos. Algunas de estas disoluciones se emplean como medicamentos en su forma original, en tanto otras se usan para preparar diluciones acuosas o alcohólicas de baja solubilidad en estos disolventes. Entre las formas farmacéuticas que contienen glicerol en su
composición se pueden citar: geles, lociones, supositorios y diferentes mezclas. El glicerol puede ser obtenido de lípidos complejos, por síntesis orgánicas, mediante la fermentación de los carbohidratos o a partir de derivados sintéticos resultantes de la refinación del petróleo. Tomando en consideración el aumento del precio de las materias primas utilizadas tradicionalmente para su obtención, se impone la búsqueda de nuevas fuentes. Se caracteriza por la presencia de cantidades apreciables de lípidos neutros, principalmente glicéridos
Los alcoholes tienen más usos de los que podemos imaginar sino indagamos con el suficiente morbo.
ÉTERES
Es un producto líquido a temperatura ambiente, muy volátil y extremadamente inflamable. Es incoloro de olor purgente dulce. Se nombre con la terminación “oxi”. Se usa como medio de reacción, disolvente, agente extractivo y anestésico general. Hay éteres que contienen más de un grupo funcional éter (poliéteres) y algunos de éstos forman ciclos; estos poliéteres se denominan éteres corona. Los oxígenos establecen interacciones con el catión, que se coloca en el centro del ciclo, formándose un complejo. Existen en la naturaleza compuestos de este tipo. Suelen servir como transporte de cationes alcalinos para que puedan atravesar las membranas celulares y de esta forma matener las
concentraciones óptimas a ambos lados. Por esta razón se pueden emplear comoantibióticos, como por ejemplo, la valinomicina. Otros compuestos relacionados son los criptatos, que contienen, además de átomos de oxígeno, átomos de nitrógeno. A los criptatos y a los éteres corona se les suele denominar "ionóforos". Los Poliéteres se pueden formar polímeros que contengan el grupo funcional éter. Un ejemplo de formación de estos polímeros:
R-OH + n(CH2)O ! R-O-CH2-CH2-O-CH2-CH2-O-CH2-CH2-O-.. Los poliéteres más conocidos son las resinas epoxi, que se emplean principalmente como adhesivos. Se preparan a partir de un epóxido y de un dialcohol. Los epóxidos u oxiranos son éteres en donde el átomo de oxígeno es uno de los átomos de un ciclo de tres. Son pues compuestos heterocíclicos. Los ciclos de tres están muy tensionados, por lo que reaccionan fácilmente en reacciones de apertura, tanto con bases como con ácidos.
Hay otros compuestos en los que el grupo funcional no es R-O-R', estando el oxígeno unido a dos carbonos, pero siguen siendo llamados éteres. Por ejemplo, los éteres de silicio, en donde la fórmula general es R-O-Si, es decir, el oxígeno está unido a un carbono y a un átomo de silicio. Sigue habiendo un par de electrones no enlazantes. Estos compuestos se llaman éteres de silicio. Éteres de polibromobifenilos (PBDEs) son sustancias químicas que se agregan a una variedad de productos de consumo para retardar llamas y hacer más difícil que se incendien. Debido a que los PBDEs se mezclan con el producto al que se agregan en vez de reaccionar con éste,
bajo ciertas condiciones pueden abandonar el producto y entrar al ambiente, aunque esto raramente sucede. Hay tres productos de PBDEs de uso comercial, los éteres del pentabromobifenilo (pentaBDE), octabromobifenilo (octaBDE), decabromobifenilo (decaBDE) y decaBDE, este ultimo se usa principalmente en cubiertas plásticas de artículos electrónicos como por ejemplo televisores. El octaBDE se usa en plásticos para artículos de oficina. El pentaBDE se usa en espumas para cojines de muebles. Los PBDEs no se han asociado con efectos adversos a la salud. Sin embargo, actualmente hay más preocupación porque algunas de estas sustancias químicas (especialmente los pentaBDEs) se han detectado en el ambiente en varias concentraciones. Las concentraciones ambientales de los PBDEs con bajo contenido de
bromo parecen haberse estabilizado en Europa, mientras que parecen estar aumentando en
áreas de Canadá y de Estados Unidos . Los PBDEs son un grupo de sustancias químicas orgánicas sin fuentes naturales conocidas en el ambiente, excepto por unos pocos organismos marinos que producen formas de PBDEs que contienen niveles altos de oxígeno. Los productos comerciales de decaBDE y octaBDE son sólidos incoloros a blancuzcos, mientras que el producto comercial de pentaBDE es un líquido espeso. Los PBDEs no se evaporan al aire. Los PBDEs en el aire se encuentran asociados con polvo mas bien que en forma de vapor. Los PBDEs entran al ambiente en forma de mezclas que contienen una variedad de éteres de polibromobifenilos individuales y que forman varias clases. Algunas mezlas comerciales de PBDEs son conocidas por sus
nombres registrados. El producto pentabromado se ha usado principalmente como retardante de flama en espumas de poliuretano para muebles y colchones, y en interiores automotrices. El producto octabromado se utiliza como retardante de flama en una variedad de termoplásticos, y tiene aplicaciones en procesos de moldeo por inyección, como en el caso del poliestireno de alto impacto. La formulación deca corresponde prácticamente a una sustancia única, y es empleada fundamentalmente en textiles y plásticos duros para la fabricación de housings en artículos electrónicos, especialmente televisiones y computadoras. El decaBDE también se utiliza ampliamente para el acabado de circuitos impresos. Debido a esta aplicación, el
decaBDE es el PBDE de más amplia distribución, y tiene particular importancia en el ciclo de vida de la chatarra electrónica. Entre otros usos son disolventes de sustancias orgánicas como aceites, grasas, resinas, nitrocelulosa, perfumes y alcaloides; Combustible inicial de motores Diesel. La glicerina (CH2OH-CHOH-CH2OH. ) es un liquido viscoso incoloro de sabor dulce. Producto secundario en la fabricación del jabón y buen agente humectante para la Ind. Alimentaria. Sus ésteres son sus derivados químicos más importantes. Algunos de ellos son: las grasas, la nitroglicerina, la dinamita, etc.
Está compuesta de tres carbonos, ocho hidrógenos y tres oxígenos. Su estructura, tiene enlaces simples y es tetravalente. Es un líquido siruposo, incoloro e inodoro, con un sabor dulce a alcohol e insoluble en éter, benceno y cloroformo. De fórmula C3H8O3 (1,2,3 -propanotriol), y densidad relativa de 1,26. Tiene un punto de ebullición de 290 °C y un punto de fusión de 18 °C. La glicerina líquida es resistente a la congelación, pero puede cristalizar a baja temperatura. Es soluble en agua en cualquier proporción, y se disuelve en alcohol, pero es insoluble en éter y muchos otros disolventes orgánicos. El uso más frecuente de la glicerina es la elaboración de resinas alquídicas. Otras aplicaciones son la fabricación de medicinas y artículos de aseo, como pasta de dientes; como
agente plastificante para el celofán y como agente humidificante de productos derivados del tabaco. Dado que existen otros productos más baratos, solamente el 5% de la producción industrial de glicerina se destina a la fabricación de explosivos derivados de ella. Por su afinidad con el agua y su viscosidad, la glicerina se utiliza para la tinta de los tampones de sellar. También se usa para lubricar la maquinaria que bombea los productos del petróleo, debido a su resistencia a disolverse en los líquidos del petróleo. Por su alta viscosidad y ausencia de toxicidad, la glicerina es un excelente lubricante para las máquinas procesadoras de alimentos. Las grasas y aceites simples son ésteres de ácidos grasos y glicerina. Una vez obtenida como producto secundario en la fabricación del jabón después de haber tratado las grasas y aceites
con álcali, la glicerina bruta se purifica por destilación. Se emplea en la fábrica de nitroglicerina
y dinamita, en perfumería como disolvente, como plastificante de sustancias como el celofán
rayón, etc., y en la preparación de resinas alquídicas. Algunos de los productos de los éteres deben de usarse con cierta conciencia por que muchos de ellos son tóxicos o contaminantes, y todo debe de tener el mejor de los usos para así perjudicar lo menos posible tanto el ambiente como la salud. Aldehidos y cetonas Un grado mayor de oxidación que en los alcoholes se presenta en estos compuestos, cuyo grupo funcional definitorio es el carbonilo, -C=O. Cuando este grupo se presenta en un
carbono primario, los compuestos resultantes son los aldehidos; si aparece en un carbono secundario, tendremos las cetonas. A efectos de la estructura resultante, hemos de tener en cuenta que el carbono carbonílico es un híbrido sp2. se nombran con la terminación “al”. El aldehido más sencillo es el metanal o formaldehido. El siguiente el etanal o acetaldehido. FORMALDEHIDO es un gas incoloro que tinepopiedadesanisépticas. Es muy soluble en agua y una solucion 37% es llamada formallina La formalina mata bacterias, es usado como desinfectante y preservante de la piel. La metadona una molécula mas compleja tiene propiedades analgesicas. se usa como sustituto de la morfina y en el tratamiento de la adicción de heroína
Aldehídos y cetonas naturales encontramos como los azucares son polihidroxialdehidos o cetona; vitamina K poseen la estructura de una cetona. Muchos adehídos y cetonas tienen olor agradable: vainilla, benzaldehído. se usan en la industria de alimentos. Se pueden producir adhesivos y colas con polímeros, desinfectantes, el apresto de telas y cueros, seda artificial, Curtido de pieles, Fabricación de explosivos. Cuando el grupo carbonilo está en el interior de la cadena, los compuestos correspondientes son las cetonas. Son líquidos volátiles e inflamables. La inhalación de vapores es la prin cipal
vía de exposición industrial. Las cetonas son compuestos resultantes de la oxidación o de la des hidrogenación de los alcoholes secundarios. Debido a la presencia del grupo carbonilo en su molécula, presentan propiedades comunes con los alcoholes y con los aldehídos. son líquidos incoloros, de agradable olor a flores. La acetona es la más simple de las cetonas, de fórmula CH3COCH3. Es un líquido incoloro, ligero y muy movible e inflamable, de olor etéreo y sabor picante, utilizado como antihelmíntico (actúa contra parásitos). Miscible en agua y en disolventes orgánicos, la acetona es un buen disolvente de grasas y resinas, por lo que se utiliza en la industria de fabricación de pinturas y barnices. También encuentra aplicación práctica en la desnaturalización del alcohol. Se obtiene del petróleo por des hidrogenación del alcohol isopropílico, y del almidón por fermentación
(método Weizmann). Puede tener la función de solventes para: lacas, barnices, plásticos, caucho, seda artificial, colodión, etc.; Intermediario de síntesis. La mayor parte de los compuestos resultantes de estos deben de ser usados adecuadamente ya que sino podríamos llegar hasta a afectar nuestra salud.
ACTIVIDAD DE ÁPRENDIZAJE
a) Por medio de una investigación bibliográfica enlista 3 funciones de los alcoholes, cetonas, aminas y ácidos carboxílicos. ____________________________________________________________
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ACTIVIDAD DE APRENDIZAJE
INSTRUCCIONES: Escribe la fórmula de los siguientes compuestos:
a) Butanoamida
b) Etanoato de metilo
c) Etilmetil éter
d) Etil-benceno
e) Ácido - 3 – bromo-hexanoíco
f) 2,3-Dimetil-1-buteno
g) 2,3-Dicloro-2-metil-hexano
h) 3-Etil-2,2,dimetil-hexano
i) Ciclohexeno
j) Ciclobutadieno
