QUÍMICA ORGÁNICA I (1345) CUADERNO ELECTRÓNICO DE …depa.fquim.unam.mx/amyd/archivero/Cuadernodeapun... · Bienvenido al curso de Química Orgánica I. El presente Cuaderno Electrónico

UNIVERSIDAD NACIONAL AUTNOMA DE MXICOFacultad de Qumica

QUMICA ORGNICA I (1345)

CUADERNO ELECTRNICO DE APUNTES

Jos Luis Medina FrancoSemestre 2002-2

Presentacin del cuaderno electrnico

Bienvenido al curso de Qumica Orgnica I. El presente Cuaderno Electrnico de Apuntes contiene la informacin presentada en las clases de teora. La informacin est organizada en orden cronolgico. Cada pgina del cuaderno corresponde a un da de clases. En cada pgina se resumen los temas cubiertos en este da y se anexan los archivos electrnicos con la informacin detallada. Para abrirlos haz doble click sobre los conos correspondientes.

Uno de los propsitos de este cuaderno es ayudarte a repasar las clases. Tambin tiene el propsito de evitar distraer tu atencin a la explicacin del tema por tratar de capturar en tus propias notas tablas o esquemas que son laboriosos de hacer durante la clase. Este cuaderno tambin te puede servir como una referencia rpida a este curso en tus prximos cursos de Qumica Orgnica. La versin electrnica te ayudar a ahorrar espacio y papel. Sin embargo, considera que este cuaderno es slo una gua y no suple la extensa investigacin que tienes que hacer en la bibligrafa sobre cada tema.

Esperando que te sea de utilidad:Jos Luis Medina

Clase 1Abril 9, 2002Presentacin del curso

Contenido Horario del curso de teora Temas del curso Bibliografa recomendada Algunas fuentes de informacin en Internet Asesoras Criterios de evaluacin

Informacin del Curso Temario

UNIDAD 1

EVOLUCIN DE LAQUMICA ORGNICA

Clase 2Abril 11, 2002Evolucin de la Qumica Orgnica

Contenido Definicin de Qumica Orgnica Historia Berzelius, Whler y el Vitalismo Teora Estructural Teora Electrnica de la Estructura y Reactividad Resumen de la historia de la Qumica Orgnica Aprendizaje de la Qumica Orgnica

Evolucin de la Qumica Orgnica

Qumica Orgnica IUnidad 1

EvoluciEvolucin de la Qun de la Qumica Orgmica Orgnicanica

Contenido

Definicin de Qumica Orgnica

Historia

Berzelius, Whler y el Vitalismo

Teora Estructural

Teora Electrnica de la Estructura y Reactividad

Resumen de la historia de la Qumica Orgnica

Aprendizaje de la Qumica Orgnica

DefiniciDefinicin de Qun de Qumica Orgmica OrgnicanicaQumica de los compuestos que contienen

carbonoCarbonatos, dixido de carbono, cianuros

metlicos, son sales inorgnicas.

La qumica de los compuestos que contienen

un enlace carbono carbono (C-C)

CO2 Na2CO3 KCN Carbonato

de sodioCianuro de

potasioDixido de

carbono

OHC

H3C

O

CH3C

H3C

O

H3C CH2 OH

AcetonaEtanolcido actico

Historia

Berzelius, WBerzelius, Whler y el Vitalismohler y el Vitalismo

Principios del siglo XIX

Materialesorgnicos

Materialesinorgnicos

Organismos vivos

Minerales

Fuerza vital

X

Varios compuestos orgnicos ya se haban aislado

y se conoca su composicin:

- cido ctrico y cido mlico, de los limones.

- Morfina, del opio (C17H19NO3).

1828Friedrich Whler obtuvo urea a partir de cianato de amonio:

NH4+-OCN O=C(NH2)2Cianato de amonio

Compuesto inorgnicoCH4N2O

UreaCompuesto orgnicoCH4N2O

Composicin elemental igual

Comienza a desaparecer la teora del vitalismo.

Surge el trmino isomera:

- Dos materiales distintos tienen la misma

composicin elemental.

- La urea y el cianato de amonio son ismeros.

TeorTeora Estructurala Estructural

1859August Kekul, Archibald S. Couper y Alexander M.

Butlerov proponen:

Cada tomo se caracteriza por tener el mismo nmero

de enlaces en cada compuesto.

El carbono forma normalmente cuatro enlaces:

El carbono tiene la capacidad de enlazarse con otroscarbonos para formar largas cadenas:

Los enlaces C-C son la caracterstica clave de los

compuestos orgnicos.

La misma composicin puede corresponder a ms

de una secuencia de tomos y enlaces.

C

H3CCH2

CH2CH2

CH2CH3

Hexano

CH4N2OUrea

Cianato de amonio

1875Estructuras en tres dimensiones

Vant Hoff y LeBel proponen la naturaleza espacial

de las molculas.

Los cuatro enlaces del carbono estn dirigidos a las

cuatro esquinas de un tetrahedro regular en donde

el carbono es el centro.

Los ngulos entre los enlaces son iguales.

TeorTeora Electra Electrnica de la Estructura y Reactividadnica de la Estructura y Reactividad

1916 Gilbert N. Lewis describe el enlace covalente basado

en el comportamiento de los electrones.

Linus Pauling elabora el concepto de resonancia.

Robert Robinson sugiere que las transformaciones

qumicas (reacciones) pueden entenderse fijndose

en los electrones.

Los tomos se mueven por transferencia de

electrones.

Christopher Ingold estudia la secuencia de eventos

en una reaccin qumica (mecanismo).

Rompimiento y formacinde enlaces

Naturaleza deenlaces

Transformacin de molculas: reacciones qumicas

Actualmente un proyecto de qumica orgnica implica: Anlisis estructural Dinmica de una reaccin Sntesis: crear nuevas molculas para probar una

hiptesis o con valor comercial.

Resumen de la historia de la QuResumen de la historia de la Qumica Orgmica Orgnicanica

1er Perodo(1828)

Berzelius, Whler y el Vitalismo Isomera

2o Perodo(1859, 1875)

Estructura y estereoqumicaTeora estructural

3er Perodo(1916 - actual)

ResonanciaMecanismos de

reaccin

Teora electrnica de la estructura y

reactividad

Aprendizaje de la QuAprendizaje de la Qumica Orgmica Orgnicanica

Qumica Orgnica I- Teora estructural - Identidad, pureza y propiedades de los compuestos

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UNIDAD 2

ESTRUCTURA DE LOS COMPUESTOS ORGNICOS

Clase 3Abril 16, 2002Estructura atmica y molecular

Parte I

Contenido Orbitales atmicos

Electrones de valencia

Radio atmico

Electronegatividad

Enlace inico

Introduccin al enlace covalente

Orbitales moleculares

Orbitales sigma () y pi ()Estructura atmica y

molecular I


Estructura atEstructura atmica y molecularmica y molecularParte IParte I

Contenido

Orbitales atmicos

Electrones de valencia

Radio atmico

Electronegatividad

Enlace inico

Introduccin al enlace covalente

Orbitales moleculares

Orbitales sigma () y pi ()

Orbitales atOrbitales atmicosmicos

H = E

Ecuacinde onda

Orbitales atmicos: funcionesde onda para los electrones

2Probabilidad de encontrar al

electrn en un espacio

n l Electrones1 s 22 s, p 8 (2s + 6p)3 s, p, d 18 (2s + 6p + 10d)4 s, p, d, f 32 (2s + 6p + 10d + 18f)

Ene

rga

1s

2s

2px 2py 2pz

3s

3px 3py 3pz

4s

3dxy 3dxz 3dyz 3dx2-y23dx2

n, l, mm, ms: nmeros cunticos

Mecnicacuntica

Forma de los orbitales

s

d

Densidad deprobabilidad

Diagrama decontorno

px py pz

Electrones de valenciaElectrones de valencia

Son aquellos que ocupan la capa ms externa del tomo.

De ellos depende la capacidad de los tomos para:

Formar enlaces.

Participar en reacciones.

Ejercicio: escribir las configuraciones electrnicas e indicar los electrones de valencia de los tomos indicados.

1s

tomo

1H

6C

1s

2s

2px 2py 2pz

Configuracin Electrones de valencia

1s

1s 2s 2px 2py 2pz

1

1

Familia /Perodo

Nmero de electrones de valencia /Mximo nivel energtico que ocupan

I A

1

4

2

IV A

2

Nmero de electrones de valencia = nmero de grupo en la tabla peridica.

El nivel energtico que ocupan = nmero del perodo en la tabla peridica.

tomo Configuracin Electrones de valencia Familia /Perodo Nmero de electrones de valencia /Mximo nivel energtico que ocupan

7N

1s

2s

2px 2py 2pz

1s 2s 2px 2py 2pz

5

2

V A

2

1s

2s

2px 2py 2pz8O

1s 2s 2px 2py 2pz

6

2

VI A

2

9F

10Ne

1s

2s

2px 2py 2pz

1s

2s

2px 2py 2pz

1s 2s 2px 2py 2pz

7

2

VII A

2

1s 2s 2px 2py 2pz

8

2

VIII A

2

Electrones de valencia y enlaceElectrones de valencia y enlace

Configuraciones de los gases nobles He (1er perodo): 2 electrones de valencia. Ne, Ar, Kr, Xe y Rn (perodos 2-6): 8 electrones de valencia. Los gases nobles son muy poco reactivos.

Los tomos tienden a ganar o perder electrones para tener la misma configuracin

electrnica de un gas noble.

Los tomos C, N, O y X ganan electrones:

tomo Electrones en lacapa de valencia

Enlaces que forma en cada compuesto

6C 4 47N 5 38O 6 29F 7 1

Nmero de electrones en la capa de valencia

Nmero de enlaces que forma

8 (electrones devalencia de Ne)+ =

C C C

F

O

N

Radio atRadio atmicomico

Se piensa en tamao atmico como el volumen que contiene un 90% del total de ladensidad electrnica alrededor del ncleo.

Para elementos que existen como molculas diatmicas simples, el radio atmicoes la mitad de la distancia entre los ncleos de los dos tomos.

Radios atmicos (en picmetros) de elementos representativos

Aumenta el radio atmico

Aum

enta

el r

adio

at

mic

o 1 2 3 4 5 6 7 8

H: 32 He: 50

Ne: 70F: 72O: 73N: 92C: 91B: 98Li: 152

Ar: 98Cl: 99S: 127P: 128Si: 132Al: 143

Cs: 265

ElectronegatividadElectronegatividad

Es la habilidad de un tomo para atraer hacia s los electrones de un enlace qumico.

Electronegatividad de algunos elementos representativos

H C N O F

2.2 2.5 3.0 3.5 4.0

Si P S Cl

1.9 2.2 2.5 3.0

Br

2.8

I

2.5

Aum

enta

la e

lect

rone

gativ

idad

Aumenta la electronegatividad

Enlaces quEnlaces qumicosmicosLos tomos se unen porque el compuesto resultante es ms estable que lostomos por separado.

Enlace inicoEnlace covalente

Enlace iEnlace iniconico

Enlace qumico entre partculas con cargas opuestas como resultado de laatraccin electrosttica entre ellas

Ejemplo: fluoruro de litio (LiF)

3Li 9F1s 2s 2px 2py 2pz 1s 2s 2px 2py 2pz

3Li+1s 2s 2px 2py 2pz

9F-1s 2s 2px 2py 2pz

(configuracin del He) (configuracin del Ne)

1 e-

Ejercicios: 1) Describir, en trminos de configuracin electrnica, el enlace inico para:

a) Hidruro de sodio (NaH)

b) Cloruro de aluminio (AlCl3)

1s1H

3s11Na [Ne]

1s1H-

3s11Na+ [Ne](configuracin del Ne) (configuracin del He)

13Al [Ne] 3s2 3p1 17Cl [Ne] 3s2 3p5

17Cl [Ne] 3s2 3p5

17Cl [Ne] 3s2 3p53 e-

13Al 3+ [Ne]3 X 17Cl- [Ne] 3s2 3p6

(configuracin del Ne) (configuracin del Ar)

1 e-

2) Indicar que tomo es el anin y cul es el catin en:

a) Li2S b) MgCl2 S y Cl son los aniones porque son los tomos ms electronegativosde los respectivos compuestos.

IntroducciIntroduccin al enlace covalenten al enlace covalente

Enlace qumico entre dos tomos que resulta de compartir dos electrones

El enlace ocurre por la atraccin de los ncleos positivos con el par de electrones.

Los 2 tomos unidos experimentan al par electrnico como si fuera parte desu propia capa externa.

Los electrones no son removidos de los tomos y no se desarrolla una carganeta sobre el tomo.

Ejemplo: molcula de hidrgeno (H2)

1s1H 1H 1s1 H .a) tomo de hidrgeno

b) Molcula de hidrgeno (H2) H . . HCada tomo tiene 2 e- en su capa de valencia (como el He)

Ejercicios:1) Porqu el tomo de carbono forma enlaces covalentes y no inicos?

Para formar enlaces inicos el tomo de carbono necesitara ganar o perder 4 e-

para adquirir la configuracin electrnica de un gas noble (He o Ar, segn pierda o gane e-, respectivamente). Esto implica la formacin de una carga 4+ o 4- que producen inestabilidad. Al formar enlaces covalentes, el tomo de carbono adquiere una configuracin estable sin generarse una carga 4+ o 4-.

2) Cul de las siguientes sustancias esperara que tuvieran enlaces covalentes y cules inico?

CH4 Enlaces covalentesAunque el hidrgeno puede perder 1 e- para formar enlaces inicos, el tomo de carbono no gana 4e- porque formara una especie muy inestable.

LiI Enlace inicoEl yodo es un tomo muy electronegativo y el litio muy poco electronegativo. Esfcil que el litio pierda un electrn para que lo gane el yodo.

Cl2 Enalce covalenteLos dos tomos, con la misma electronegatividad, comparten electrones.

Orbitales molecularesOrbitales moleculares

Un orbital molecular (OM) es el resultado de traslapar dos o ms

orbitales

atmicos (OA).

El nmero de OM formados es igual al nmero de OA que se traslapan.Ejemplo:Cuando 2 tomos de hidrgeno se unen, los 2 orbitales atmicos se traslapan y forman 2 orbitales moleculares: uno de enlace y otro de antienlace:

H .

OA1s1

+ H .

OA1s1

H H + HHHH :

Orbitales moleculares de H2

OM de enlace OM de antienlace

1s1H 1s

1H

Ene

rga

OM de enlaceH H

HH OM de antienlace

Orbitales molecularesOrbitales moleculares

Los electrones disponibles se adicionan a los orbitales moleculares en la

misma forma en la que se adicionan a los orbitales atmicos (principios o

reglas de de Aufbau, Pauli y Hund).

Ejemplo:Diagrama de energa de los OM de la molcula de H2.

Ejercicio:Esquematizar en un diagrama energtico los OM de la molcula de He2. Inferir del diagrama la estabilidad de esta molcula.

La molcula He2 es inestable y no se observa en la naturaleza. Esto se puede explicar por la presencia de dos electrones en un orbital de anti-enlace. El helio existe en la naturaleza como molcula monoatmica.

1s2He

1s2He

Ene

rga

OM de enlace

OM de antienlace

He2

Orbital sigma (s)Orbital sigma (s)

Se forma por la superposicin frontal de dos orbitales.Se caracteriza porque tiene un eje de simetra rotacional alrededor de la

lnea que conecta los dos tomos (eje internuclear).

Ejemplos:Los OM de H2 son orbitales . El OM de enlace se denomina . El de antienlace *.

H . + H . H H + HH

Orbital Orbital *Eje internuclear

traslape frontal

Los orbitales tambin pueden formarse por la superposicin frontal de dos orbitales po de un orbital p con un orbital s.

+

Orbital p Orbital p Orbital

Orbital pi (p)Orbital pi (p)

Se forma por la superposicin lateral de dos orbitales.

+

Orbital p Orbital p Orbital

Orbital p Orbital d Orbital

+

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Clase 4Abril 18, 2002Estructura atmica y molecular

Parte II

Contenido

Hibridacin del carbono y el enlace covalente

Estado hbrido sp3

Estado hbrido sp2

Estado hbrido sp

Hibridacin en otros tomos:

Nitrgeno

OxgenoEstructura atmica y

molecular II

Tarea 1


Contenido

Hibridacin del carbono y el enlace covalente

Estado hbrido sp3

Estado hbrido sp2

Estado hbrido sp

Hibridacin en otros tomos:

Nitrgeno

Oxgeno

Estructura atEstructura atmica y molecularmica y molecularParte IIParte II

HibridaciHibridacin del carbono y el enlace covalenten del carbono y el enlace covalente

Para que los orbitales atmicos del carbono puedan traslaparse adecuadamente en la formacin de orbitales moleculares, se combinan primero entre s. El resultado son orbitales atmicos hbridos.

Si se combinan Orbitales hbridos % de carcter s y p

1 orbital s y 3 orbitales p 4 orbitales sp3 25% s y 75% p

1 orbital s y 2 orbitales p 3 orbitales sp2 33.3% s y 66.6% p

1 orbital s y 1 orbital p 2 orbitales sp 50% s y 50% p

Formacin de los orbitales atmicos hbridos sp3 del carbono

Geometra: tetradricangulo interorbital: 109.5

Formacin de los orbitales atmicos hbridos sp2 del carbono

3 orbitales sp2Un orbital 2p nose combina

Combinacin de un orbital 2s y dos 2p Geometra: planangulo interorbital: 120

Formacin de los orbitales atmicos hbridos sp del carbono

2 orbitales spCombinacin del

orbital 2s y uno 2pDos orbitales 2p no

se combinanGeometra: lineal

gulo interorbital: 180

Estado hEstado hbrido brido spsp33 del carbono del carbono

Los 4 orbitales sp3 son iguales en energa. Cada uno de ellos tiene unelectrn.

2px 2py 2pz

2sp3 2sp3 2sp3 2sp3

Ene

rga

2s

Estado electrnicofundamental del carbono

Estado hbrido sp3del carbono

En este estado hbrido, el carbono forma 4 enlaces covalentes .

En general, se puede esperar que el carbono tendr hibridacin sp3

cuando est enlazado directamente a 4 tomos.

Estado hEstado hbrido brido spsp33 del carbonodel carbono

Ejemplo: metano (CH4)Cada uno de los orbitales sp3 del carbono se traslapa con un orbital atmico1s del hidrgeno. Se forman 4 enlaces covalentes .

Estado hEstado hbrido brido spsp22 del carbono del carbono

Los 3 orbitales sp2 son iguales en energa. Cada uno de ellos tiene un electrn. El cuarto electrn ocupa un orbital p no hbrido.

2p2px 2py 2pz

Ene

rga

2sp2 2sp2 2sp2

2s


Estado hbrido sp2del carbono

En este estado hbrido, el carbono forma 3 enlaces covalentes y uno .En general, se puede esperar que el carbono tendr hibridacin sp2


Estado hEstado hbrido brido spsp22 del carbonodel carbono

Enlace

Cada carbono emplea un orbital sp2 para traslaparse con un orbital sp2 del otro carbono formando un enlace covalente .

Los orbitales p se traslapan entre s, en forma lateral, para formar un segundo enlace covalente tipo entre los carbonos.

Ejemplo: eteno o etileno (C2H4)Dos orbitales sp2 de cada

carbono se traslapan con 2 orbitales 1s del hidrgeno formando enlaces .

Enlace

Enlace

C CHH

H H

121.4

117.2

134 pm

110 pm

Estado hEstado hbrido brido spsp del carbono del carbono

Los 2 orbitales sp son iguales en energa. Cada uno de ellos tiene un electrn. Otros dos electrones ocupan, cada uno, un orbital p no hbrido.

2px 2py 2pz 2p 2p

Ene

rga

2sp2sp

2s


Estado hbrido spdel carbono

En este estado hbrido, el carbono forma 2 enlaces covalentes y 2 .En general, se puede esperar que el carbono tendr hibridacin sp


Estado hEstado hbrido brido spsp del carbonodel carbono

Ejemplo: etino o acetileno (C2H2)Un orbital sp de cada carbono

se traslapa con un orbital 1s del hidrgeno formando enlaces .

Cada carbono emplea un orbital sp para traslaparse con un orbital sp del otro carbono formando un enlace covalente .

Los 2 orbitales p de cada carbono se traslapan entre s, en forma lateral, para formar un segundo y un tercer enlace covalentes tipo entre los carbonos.

Enlaces

Enlace

Enlace

C CH H

106 pm106 pm120 pm

180180

Resumen de los estados hResumen de los estados hbridos del carbono bridos del carbono

Ejercicio: complete el siguiente cuadro:

Hibridacin sp3 sp2 sp

2p 2p 2pEstadoelectrnico 2sp32sp3 2sp3 2sp3

2sp2 2sp2 2sp2 2sp 2sp

Geometra Tetradrica Plana Lineal

ngulo interorbital 109.5 120 180

% Carcter s 25 33.3 50

Tipo de enlaces queforma (enlaces

= orbitales hbridos)4 3 + 1 2 + 2

C unido a2 tomos

C unido a4 tomos

Cuando se esperaesta hibridacin

C unido a3 tomos

Molcula ejemplo Metano Eteno Etino

Ejercicio: propronga la hibridacin que presenta cada carbono en los siguientes compuestos:

Dixido de carbono (O=C=O)sp. El carbono est directamente unido a dos tomos.

Formaldehdo (H2C=O)sp2

Cetena (H2C=C=O)El carbono del grupo CH2 es sp2, mientras que el carbono C=O es sp.

Propeno (CH3CH=CH2)Los dos carbonos doblemente enlazados son sp2, mientras que el carbonodel grupo CH3 es sp3.

HibridaciHibridacin en otros n en otros tomostomos

Nitrgeno

En el amoniaco (NH3) y en algunos compuestos orgnicos, el nitrgeno presentaun estado hbrido sp3: se combina un orbital s y tres p.Tres electrones ocupan tres orbitales sp3 y dos electrones un orbital sp3.Forma tres enlaces con un ngulo entre ellos de 107.1 (no tetraedro perfecto).

Ejercicio: indique cul es la configuracin electrnica del estado hbrido sp3 de N.

2sp3 2sp3 2sp3 2sp3

HibridaciHibridacin en otros n en otros tomostomos

Oxgeno

En el agua, el oxgeno presenta un estado hbrido sp3.

Dos pares electrnicos ocupan orbitales sp3.

Ejercicio: indique cul es la configuracin electrnica del estado hbrido sp3 de O.

2sp3 2sp3 2sp3 2sp3

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Clase 5Abril 23, 2002Propiedades de los enlaces

Contenido

Rotacin alrededor de los enlaces

Longitudes

ngulos

Energa de enlace

Homlisis y heterlisis

Polaridad de enlaces y polaridad

de molculasPropiedades de los

enlaces


Propiedades de los enlacesPropiedades de los enlaces

Contenido

Rotacin alrededor de los enlaces

Longitudes

ngulos

Energa de enlace

Homlisis y heterlisis

Polaridad de enlaces y polaridad de molculas

RotaciRotacin alrededor de los enlacesn alrededor de los enlaces

Los enlaces sencillos tienen libre rotacin (esto es consecuencia del eje de simetra internuclear del enlace ).

C C

H

Cl Cl

HHH

C C

H

Cl H

HClH

C C

H

Cl H

ClHH

Libre giro alrededor del enlace

Los dobles y triples enlaces son rgidos y no pueden rotar (como consecuencia de que el enlace no tiene eje de simetra internuclear)

HH

ClCl

El enlace impide el libre giro

Longitudes de enlaceLongitudes de enlace

Distancias internucleares representativas (en angstrons)a

Enlaces sencillos Enlaces dobles Enlaces triples

H-C

H-N

H-O

C-C

C-N

C-O

C-Cl

C-Br

C-I

1.09

1.00

0.96

1.54

1.47

1.43

1.76

1.94

2.14

C = C

C = N

C = O

1.35

1.30

1.22

C C

C N

1.20

1.16Enlaces sencillos de C, N, O, a H son ~1 A

Enlaces sencillos entre C, N, O, son ~1.5 A

Elementos ms grandes forman enlaces ms largos

Enlaces dobles y triples de C, N, O son ms cortos que los sencillos

Generalidades: La longitud de enlace de un tipo dado vara muy poco de un compuesto a otro.

Un enlace es ms fuerte entre su distancia sea menor.

a Hendrickson, J. B.; Cram, D. J. y Hammond, G. S. Organic Chemistry. McGraw-Hill Book Company, Nueva York, 1959. p. 58.

ngulos de enlacengulos de enlace

Se predicen por la hibridacin del carbono:

Hibridacin ngulo

Carbono unido a 4 tomos sp3 109.5

Carbono unido a 3 tomos sp2 120

Carbono unido a 2 tomos sp 180

Cuando todos los tomos son idnticos, los ngulos son iguales a los predichos. Cuando los tomos son diferentes, hay pequeas variaciones.

Metano (CH4) Tetracloruro de carbono (Cl4) Diclorometano (CH2Cl2)

109.5112

112

109.5

EnergEnerga de enlacea de enlace

Es la cantidad de energa que se consume o libera cuando se rompe o se formaun enlace.En reacciones qumicas se rompen enlaces y se forman nuevos enlaces. Para romper se debe adicionar energa (por ejemplo calor). Cuando se forma un nuevo enlace se libera energa.

Energas promedio de enlace (en kilocaloras por mol a 25C)a

H-CH-NH-OH-SN-NN-OO-OS-S

9993

1118339533554

C-CC-NC-OC-SC-FC-ClC-BrC-I

83738665

116816851

C=CC=NC=O*

C=S**

N=NN=O

146147179128100145

CCCN

200213

* En compuestos C-CO-C; C-CO-H es 176. ** En S=C=S

a Hendrickson, J. B.; Cram, D. J. y Hammond, G. S. Organic Chemistry. McGraw-Hill Book Company, Nueva York, 1959. p. 63.

EnergEnerga de enlacea de enlace

Las energas de los enlaces sencillos vara entre 50 - 100 kcal/mol.

Los enlaces entre tomos con pares de electrones no pareados son ms

dbiles (por jemplo N-N, O-O). Esto debido a la repulsin electrosttica entre

estos electrones.

Los dobles enlaces son ms fuertes que los sencillos. Los triples son an ms

fuertes.

Los enlaces ms largos (por ejemplo con S, Cl) son ms dbiles.

El orbital s tiene menor energa que el orbital p. Por tanto, un orbital hbrido

que tiene ms carcter s es ms estable. Esto se manifiesta en la mayor

estabilidad (menor energa) de pares electrnicos que ocupan los orbitales

hbridos: sp > sp2 > sp3

C C H C C

H H

H

C H

H

H

> >

Disminuye la estabilidad(Aumenta la energa)

HomHomlisislisis

Es la ruptura de un enlace en la que cada uno de los electrones que lo forman se quedan en cada fragmento.

A:B A. + B.

Energas de disociacin homoltica de enlaces seleccionados (en kilocaloras por mol )a

H-HH-FH-ClH-BrH-I

104136103

8871

F-FCl-ClBr-BrI-I

38584636

CH3-HCH3-FCH3-ClCH3-BrCH3-I

104108

847056

a Morrison, R. T. y Boyd, R. N. Versin en espaol de Herranz, R. Z. y Fiedler, P. Qumica Orgnica. Addison-Wesley Iberoamericana, Delaware, 1990. p. 21.

HeterHeterlisislisis

Es la ruptura de un enlace en la que ambos electrones que lo forman se quedan en un mismo fragmento.

A:B A: + BEnergas de disociacin heteroltica de enlaces

seleccionados (en kilocaloras por mol )a

H-HH-FH-ClH-BrH-I

401370334324315

CH3-HCH3-FCH3-ClCH3-BrCH3-I

313256227219212

a Morrison, R. T. y Boyd, R. N. Versin en espaol de Herranz, R. Z. y Fiedler, P. Qumica Orgnica. Addison-Wesley Iberoamericana, Delaware, 1990. p. 22.

La heterlisis simple de una molcula neutra genera un ion positivo y otro negativo.Las energas de heterlisis son considerablemente mayores (~ 100 kcal/mol) a las

energas de heterlisis: implica separacin de partculas con carga opuesta. En fase gaseosa, la ruptura de enlaces generalmente sucede por homlisis. En un

disolvente ionizante, la ruptura preferida es la heterlisis.

EnergEnerga de enlace y energa de enlace y energa de disociacia de disociacin de enlacen de enlace

Ambas son medidas de la fuerza de enlace.La energa de disociacin de enlace es caracterstica de un enlace especfico.La energa de enlace es un valor promedio.

Ejemplo:En el metano hay 4 energas de disociacin de enlace diferentes:

Energa de disociacinde enlace (kcal/mol)

CH4 CH3 + H.

CH3 CH2 + H.

CH2 CH + H.

CH C + H.

104

106

106

81

La energa de enlace C-H en el metano es un valor promedio:

CH4 C + 4H. 99 kcal/mol

Polaridad de enlacesPolaridad de enlaces

Cuando se unen covalentemente dos tomos de diferente electronegatividad, los electrones del enlace estn ms cercanos al tomo de mayor electronegatividad. Se forma un polo positivo y un polo negativo el enlace tiene polaridad el enlace es polar.

Polarizacin del enlace

Le proporciona al enlace un carcter inico parcial Cada tomo tiene una carga parcial local

H - F+ -

H - O - H+ - +

Se forma un dipolo(dos cargas opuestas separadas en el espacio)Se usa el smbolo : la flecha apunta desde el

extremo positivo al negativo

H F

Polaridad de molPolaridad de molculasculas

Una molcula con enlaces polares puede tener un momento dipolar . es una propiedad medible de la molcula.Los valores de indican las polaridades relativas de diversas molculas.

Trifluoruro denitrgeno (NF3)

Cloruro de metilo(CH3Cl)

Tetracloruro decarbono (Cl4)

Fluoruro dehidrgeno (HF)

= 1.75 Dedye (D)

NF F

F = 1.86 D = 0 D = 0.24 D

La polaridad de las molculas combina las polaridades de los enlaces individuales, los ngulos de enlace y los pares de electrones no compartidos.

RafaelFile AttachmentPropiedades_de_los_enlaces.pdf

Clases 6 y 7Abril 25 y 30, 2002Representaciones estructurales y

Carga Formal

ContenidoRepresentacin de estructuras qumicas en qumica orgnica

Tipos de frmulas qumicas Frmulas estructurales

Lewis Frmulas estructurales completas Frmulas condensadas Convencin enlace-lnea y frmulas poligonales Frmulas en tres dimensionesCarga formal

Estructuras y Carga Formal

Tarea 2


Representaciones estructurales y Representaciones estructurales y Carga FormalCarga Formal

ContenidoRepresentacin de estructuras qumicas en qumica orgnica

Tipos de frmulas qumicas

Frmulas estructurales

Lewis

Frmulas estructurales completas

Frmulas condensadas

Convencin enlace-lnea y frmulas poligonales

Frmulas en tres dimensiones

Carga formal

Tipos de fTipos de frmulas qurmulas qumicasmicas

Hay 3 tipos de frmulas qumicas para representar compuestos orgnicos:

Frmula empricaIndica los tipos de tomos y su relacin numrica en una molcula.

Frmula molecularIndica el nmero real de cada tipo de tomo en una molcula.

Frmula estructuralIndica el orden en el que estn unidos los tomos en una molcula, esto es, su estructura.El orden en el cual los tomos de enlazan definen la constitucin o conectividad de la molcula.Es necesaria para explicar o predecir la reactividad qumica.

C C H

H

H

H

H

H

C2H6CH3

Frmula emprica para el etano

Frmula molecular para el etano

Frmula estructural para el etano

FFrmulas estructuralesrmulas estructurales

Lewis El smbolo atmico representa el ncleo y los electrones de las capas internas. Los electrones de la capa de valencia se representan con puntos.

C C FHH H

H HC C NHH H

H HHC C OH

H H

H HH

Frmulas estructurales completas Los pares electrnicos de las frmulas de Lewis se escriben como lneas rectas uniendo los dos smbolos atmicos.

Los pares electrnicos no compartidos no siempre se muestran.

C C F

H

H

H

H

H

C C O

H

H

H

H

H

HC C N

H

H

H

H

H

H

H

Par de e- de valenciano compartidos

Pares de e- de valenciano compartidos

Pares de e- de valenciano compartidos

Frmulas condensadas Para simplificar las frmulas estructurales completas, nicamente se unen entre

s los tomos diferentes a hidrgeno. Se escribe a la derecha de cada tomo el nmero de hidrgenos.

CH3 CH2 F CH3 CH2 O HO CH3 CH2 NH2

Una simplificacin an mayor implica quitar las lneas de enlace. Los tomos se escriben en una lnea.

CH3CH2NH2CH3CH2F CH3CH2OH

Si una molcula tiene 2 o ms grupos idnticos de tomos, se utilizan parntesis para agruparlos. El subndice despus del segundo parntesis indica el nmero de veces que el grupo se encuentra en esa posicin.

Para mayor claridad, los dobles y triples enlaces se muestran en la frmula.

(CH3)2CHOH es lo mismo que (CH3)3COH es lo mismo que CH3CCH es lo mismo que

CH3 C

CH3

CH3

OH H C

H

H

C C HCH3 C

H

CH3

OH

Convencin enlace-lnea y frmulas poligonales Solamente se muestra el esqueleto en forma de lneas. Cada lnea es un enlace y se asume que hay un carbono en cada vrtice a menos que se escriba otro elemento.

Los enlaces a hidrgeno no se dibujan pero se asume que estn presentes para completar los enlaces de cada tomo.

Los dobles y triples enlaces se tienen que indicar. Los compuestos cclicos (aquellos que contienen uno o ms anillos) se representan con polgonos (frmulas poligonales).

OH

CH3 CH

CH3

CH2 CH CH3

OHes lo mismo que

O

Br

CH3 C C CH2 O

CH3 Br

CH2 CH3es lo mismo que

CH2CH2

CH

CH2 CH2

CCH3Cl

Cl

CH3Cl

Cl

es lo mismo que

Frmulas en tres dimensionesUna forma de representarlas es: Escribir una lnea ( - ) para un enlace en el plano. Una lnea discontnua ( ) para un enlace que se encuentra detrs del plano. Una lnea gruesa ( ) para un enlace que se encuentra delante del plano.

Metano

C

H

HH

H

CH4

Etano

C

C

HH

H

H HHCH3 CH3

Carga formalCarga formalLa carga formal de un tomo es la diferencia entre los electrones de valencia del tomo aislado y el nmero de electrones de valencia en el tomo enlazado.

Nmero de electronesde valencia

Cargaformal

Nmero de electronesno compartidosNmero de enlaces

*- -=

* Es igual a la mitad de los electrones de enlace

No tiene carga formal (6 e- valencia 2 enlaces 4 e- no compartidos)

H C

H

H

N

O

O

-+ Carga formal = +1 (5 e- de valencia 4 enlaces)

Carga formal = -1 (6 e- valencia 1 enlace 6 e- no compartidos)

Se cumple: Un hidrgeno enlazado covalentemente no tiene carga formal. Un nitrgeno con 4 enlaces covalentes tiene una carga formal = +1. El oxgeno con dos enlaces covalentes y dos pares de electrones no compartidosno tiene carga formal.

El oxgeno con un enlace covalente y tres pares de electrones no compartidos tiene una carga formal = -1.

RafaelFile AttachmentRepresentaciones_y_carga_formal.pdf

UNIDAD 5

INTERACCIONES INTERMOLECULARESY

PROPIEDADES FSICAS

Clase 8Mayo 2, 2002Interacciones intermoleculares y

Propiedades fsicas

ContenidoInteracciones intermoleculares

Interacciones de van der Waals Entre dipolos permanentes Entre dipolos inducidos (fuerzas de London)Puentes de hidrgenoIon-dipolo

Propiedades fsicasPunto de ebullicinPunto de fusinSolubilidad Interacciones

intermoleculares

Interacciones intermoleculares y Interacciones intermoleculares y Propiedades fPropiedades fsicassicas

ContenidoInteracciones intermoleculares

Interacciones de van der Waals Entre dipolos permanentes Entre dipolos inducidos (fuerzas de London)Puentes de hidrgenoIon-dipolo

Propiedades fsicasPunto de ebullicinPunto de fusinSolubilidad


Interacciones entre molInteracciones entre molculasculas

Interacciones entre dipolos(fuerzas de van der Waals)

Puentes dehidrgeno

Ion-dipolo

Entre dipolospermanentes

Entre dipolosinducidos

(fuerzas de Londono de dispersin

Molculaspolares

Molculasno polares

Molculas polares en disolventes

inicos

Entre molculas con hidrgenos polares y

molculas con los tomos O, N o F

Fuerzas intermolecularesFuerzas intermolecularesSon las fuerzas de atraccin entre las molculas.

Fuerzas entre dipolos (fuerzas dipoloFuerzas entre dipolos (fuerzas dipolo--dipolo o de van dipolo o de van der Waalsder Waals)) Es la araccin entre el extremo positivo de una molcular polar y el negativo deotra, tambin polar.

La distancia entre molculas (o especias monoatmicas) en un slido o lquido est determinada por el balance entre las fuerzas de van der Waalsde atraccin y las fuerzas de repulsin entre los electrones y los ncleos.

-+

- +

-+ -+

Fuerzas de atraccin entre dipolos permanentes- Suceden entre molculas polares (con dipolos permanentes).

Fuerzas de atraccin entre dipolos inducidos (fuerzas de London o de dispersin)- Son las que se originan como resultado de los dipolos temporales inducidos entomos o molculas.

- Suceden si la molcula tiene un momento dipolar o no.- Aumentan conforme el el tamao de la molcula se incrementa. - La facilidad con la que se puede distorcionar la distribucin electrnica de untomo neutro o molcula se llama polarizabilidad.

Puentes de hidrPuentes de hidrgenogeno Es un tipo especial de interaccin dipolo-dipolo entre el tomo de hidrgeno de un enlace polar (O-H, N-H, H-F) y un tomo electronegativo (O, N, F).

El hidrgeno parcialmente positivo de una molcula es atrado por el parelectrnico no compartido de un tomo de otra molcula.

H O

H

.. .. H O

H

..

..

- +CH3 O

H

.. .. H O

CH3

..

..

- +

Puentes de hidrgeno

HO

H

..

..HN

CH3

..

H

Se pueden formar entre molculas del mismo compuesto o de diferentescompuestos (por ejemplo, entre CH3OH y H2O o entre CH3NH2 y H2O).

Compuestos o grupos que que contienen solamente carbono e hidrgenono pueden tener puentes de hidrgeno.

Puentes de hidrPuentes de hidrgenogeno La energa de disociacin es 5-10 kcal/mol, mucho menor que la de un enlacecovalente tpico (50-100 kcalmol) pero considerablemente ms fuerte que lasinteracciones dipolo-dipolo.

No todos los puentes de hidrgeno tienen la misma fuerza. Por ejemplo, elenlace O--HO es ms fuerte que N--HN.

Energa de disociacinaproximada (kcalmol)

Tipo de puentede hidrgeno

O H-----:N

7

O H-----:O

: 5

N H-----:N

N H-----:O

: 2

3

IonIon--dipolodipolo Es la atraccin de un ion positivo por el extremo negativo de las molculas deun disolvente polar, y de un ion negativo por el extremo positivo.

Cada ion, redeado de muchas molculas de disolvente, se dice que estsolvatado. Si el disolvente es agua, se dice que el ion est hidratado.

+

-+

-+

- +-

+

-+-

+

-

+-

+-

+-

+ -

+-

+-

Interaccin ion-dipolo:catin y anin solvatados

Algunos tipos de interacciones frmaco-receptor a

a Korolkovas, A. Essentials of Molecular Pharmacology. Wiley-Interscience.Nueva York, 1970. p. 139.

Propiedades fPropiedades fsicas: puntos de fusisicas: puntos de fusin y ebullicin y ebullicinn

MolculasUnidades estructurales de compuestos cuyos tomosestn unidos por enlaces covalentes

IonesUnidades estructurales de compuestos inicos

Fuerza intermoleculares pequeas (dipolo-dipolo)

Fuerza intermoleculares grandes (ion-ion)

Puntos de fusin bajos(CH4: -183C)

Puntos de fusin elevados(NaCl: 801C)

Puntos de ebullicin menor a 350C*(CH4: -161.5C)

Puntos de ebullicin muy elevados(NaCl: 1413C)

Puntos de fusiPuntos de fusin y ebullicin y ebullicinn Para que suceda la fusin se deben superar las fuerzas intermoleculares. La ebullicin implica la separacin de molculas individuales del seno del lquido. Los lquidos cuyas molculas se mantienen unidas por puentes de hidrgeno sedenominan lquidos asociados.

En general, cuanto ms grande es una molcula orgnica (mayor peso molecular),ms elevado es su punto de ebullicin porque aumentan las fuerzas de van derWaals.

Compuestos en forma de cadena lineal tienen puntos de ebullicin ms elevadosque compuestos con ramificaciones.

Punto de ebullicin: 126C

CH3C

CH3

CH3

CH3

Punto de ebullicin: 9.5CPunto de ebullicin: 36C

SolubilidadSolubilidad Cuando se disuelve un slido o un lquido, los iones o molculas se separany el espacio entre ellas pasa a ser ocupado por molculas de disolvente.

La energa necesaria para lograr la separacin de iones o molculas provienede la formacin de enlaces ion-dipolo (entre partculas de soluto y molculasde disolvente).

La solubilidad de compuestos cuyos tomos estn unidos por enlaces covalentesest dereminada por la polaridad:- Las sustancias no polares o dbilmente polares se disuelven en disolventes nopolares o ligeramente polares.

- Los compuestos muy polares se disuelven en disolventes de alta polaridad. Los compuestos inicos se disuelven en agua o en disolventes muy polares. Tambin el disolvente tiene que tener una constante dielctrica alta (propiedadesaislantes elevadas).

El agua disuelve sustancias inicas debido a tres propiedades:- Polaridad- Constante dielctrica alta- Puede formar puentes de hidrgeno (debido al grupo OH).

Efecto de los puentes de hidrEfecto de los puentes de hidrgeno en las propiedades fgeno en las propiedades fsicassicas Sobre el punto de ebullicin: Un compuesto con puentes de hidrgeno tiene unpunto de ebullicin ms elevado que el predicho considerando nicamente el peso molecular. Esto se debe a que se necesita mayor energa para romper lospuentes de hidrgeno intermoleclares.

Puente de hidrgenoNo forma puentes de hidrgeno

CH3CH2O

H

H O

CH2CH3 O CH3

CH3

Etanol. Punto de ebullicin: 78.5C ter dimetlico. Punto de ebullicin: -23.6C

Sobre la solubilidad en agua: un compuesto que puede formar puentes dehidrgeno con agua tiende a ser mucho ms soluble en agua que uncompuesto que no tiene esta habilidad.

O

CH2OH

OH

H

H

OH

OH

H

H

OH

Ciclohexano:Insoluble en agua

Glucosa:soluble en agua

Algunas fuentes de informacin de propiedades fsicas de compuestos orgnicos

Budavari, S. (ed.) The Merck Index. Merck Research Laboratories. White House Station,NJ. 1996.

Dean, J. A. Lange's Handbook of Chemistry. McGraw-Hill, Inc., Nueva York, 1992.

RafaelFile AttachmentInteracciones_moleculares_prop_fisicas.pdf

Clase 9Mayo 7, 2002Primer exmen parcial

Unidad 2

Examen Parcial 1

Clase 10Mayo 9, 2002Purificacin y anlisis de

compuestos orgnicos

Contenido

Identidad y pureza de sustancias orgnicas

Purificacin de compuestos orgnicos

Anlisis elemental y la elucidacin de la frmula estructural

Purificacin y Anlisis de Compuestos

Tarea 3 y Exmen Parcial 2


PurificaciPurificacin y Ann y Anlisis de Compuestos Orglisis de Compuestos Orgnicosnicos

Contenido

Identidad y pureza de sustancias orgnicas

Purificacin de compuestos orgnicos

Anlisis elemental y la elucidacin de la frmula estructural

Identidad y pureza de sustancias orgIdentidad y pureza de sustancias orgnicasnicas

Criterio de pureza

Una sustancia est pura si todas sus molculas son iguales.

Sustancias impuras son mezclas de molculas de dos o ms compuestos.

Mezclas de compuestos tienen propiedades fsicas diferentes de los

compuestos individuales.

Procedimiento de purificacin: separa compuestos de una mezcla.

El criterio que evala el procedimiento de purificacin es el cambio en las

propiedades fsicas conforme sucede la purificacin.

Cuando el valor numrico de la propiedad fsica permanece constante

cuando la sustancia se sigue purificando es una demostracin que la

sustancia es un compuesto puro (molecularmente homgnea).

Identidad y pureza de sustancias orgIdentidad y pureza de sustancias orgnicasnicas

Caracterizacin de un compuesto orgnico

Las propiedades fsicas se utilizan para caracterizar compuestos orgnicos.

Ejemplos: temperatura de fusin y ebullicin, propiedades pticas (ndice de

refraccin, intensidad de absorcin de luz a diferentes longitudes de onda).

Las propiedades fsicas observadas son una consecuencia de las

propiedades de las molculas.

En general, entre ms se parezcan las molculas de dos compuestos sus

propiedades fsicas van a hacer ms similares.

Comparacin de compuestos

Si muestras de dos sustancias tienen propiedades fsicas idnticas, sus

molculas son idnticas y pertenecen al mismo compuesto.

PurificaciPurificacin de compuestos orgn de compuestos orgnicosnicos

Los mtodos de separacin y purificacin ms importantes son:

Cristalizacin

Destilacin

Extraccin (distribucin)

Cromatografa

Cada uno est asociado con una propiedadfsica que tambin se usa para evaluar laidentidad de un compuesto

La purificacin requiere usualmente varias repeticiones de un procedimiento

porque en ningn mtodo la separacin es absolutamente completa. Solo se

logra enriquecer la mezcla en un compuesto.

AnAnlisis elemental y la elucidacilisis elemental y la elucidacin de la fn de la frmula estructuralrmula estructural

Anlisis elemental cualitativo:qu tipo de tomos contiene la molcula

Anlisis elemental cuantitativo:composicin porcentual de una sustanciaFrmula emprica

Peso molecular

Frmula molecular

Espectroscopa de infrarrojo (IR)

Frmula estructural Resonancia Magntica Nuclear (RMN)

Espectrometra de Masas (EM) Peso molecular Frmula molecular (EM de altaresolucin).

Anlisis elemental cualitativoEn una sustancia la presencia de carbono e hidrgeno se detecta por combustin:

Se calienta la muestra con xido de cobre

Se transforma el carbono de la muestras en dixido de carbono

Se transforma el hidrgeno del compuesto en agua

(C, H) + CuO Cu + CO2 + H2Ocalor

Un halgeno, el nitrgeno y el azufre (unidos covalentemente) se convierten en iones inorgnicos para poder ser detectados.La conversin se hace por: Fusin con sodio (un tratamiento con sodio metlico fundido).

Oxidacin de Schniger (con oxgeno gaseoso).

(C, H, X, N, S) + Na Na+X- + Na+CN- + Na+S--Na+calor

(C, H, X, N, S) + O2 Na+X- + Na+NO2- + Na+SO3--Na+NaOH

Anlisis elemental cuantitativoSe efecta el mismo anlisis que el anlisis elemental cualitativo pero se hace en forma cuantitativa.

Se hace pasar una muestra pesada del compuesto orgnico por un tren de combustin(tubo lleno de xido de cobre y calentado a 600-800 C, seguido de otro tubo con un agente desecante y otro con una base fuerte).

El agua formada se absorbe en el desecanteEl dixido de carbono se absorbe en la base (se forma carbonato de sodio).Al aumento de peso en cada tubo indica el peso del producto formado.El contenido de oxgeno, de estar presente, se asume que es la diferencia entre lasuma de los porcentajes de carbono e hidrgeno y el 100 porciento.

Aparato para anlisis por combustin

Los halgenos tienen que convertirse primero en ion halogenuro [con perxido de sodio o en un tubo sellado con cido ntrico (mtodo de Carius)]. El halogenuro se convierte en halogenuro de plata, el cual se pesa.

Frmula empricaLa frmula emprica se puede calcular a a partir del anlisis elemental cuantitativo siguiendolos siguientes pasos:I Se calcula el peso de cada elemento en la muestra.II Se calcula la composicin porcentual de cada elemento.III Los pesos relativos de los tomos se convierten en una relacin de nmeros enteros:

A Primero se divide entre el peso molecular.B Despus de divide entre el nmero ms pequeo para que uno de los nmeros sea 1.C Se multiplica por un nmero entero de manera que la relacin de todos los nmeros

sean enteros (las desviaciones de nmeros enteros son atribuidos al error experimentalque comnmente es menor a 0.3).

III

II

I

Frmula emprica:C10H16O3

RafaelFile AttachmentPurificacion_analisis.pdf

UNIDAD 3

GRUPOS FUNCIONALES, CLASES YNOMENCLATURA DE

COMPUESTOS ORGNICOS

Clase 11Mayo 14, 2002Clasificacin de los compuestos orgnicos

de acuerdo a su grupo funcional

ContenidoI Definiciones iniciales

Grupo funcional Hidrocarburo Molcula o grupo saturado Molcula o grupo insaturado Heteroomo

II Clasificacin de los compuestos orgnicos de acuerdo asu grupo funcional Hidrocarburos Compuestos monoheterosustituidos Compuestos diheterosustituidos Compuestos triheterosustituidos Compuestos tatraheterosustituidos Grupos funcionales

ClasificaciClasificacin de los compuestos orgn de los compuestos orgnicos de nicos de acuerdo a su grupo funcionalacuerdo a su grupo funcional

I Definiciones iniciales Grupo funcional Hidrocarburo Molcula o grupo saturado Molcula o grupo insaturado Heteroomo

II Clasificacin de los compuestos orgnicos de acuerdo a su grupo funcional Hidrocarburos Compuestos monoheterosustituidos Compuestos diheterosustituidos Compuestos triheterosustituidos Compuestos tatraheterosustituidos


II Definiciones inicialesDefiniciones iniciales

Grupo funcional Es el tomo o grupo de tomos que define la estructura de una familia

particular de compuestos orgnicos y, al mismo tiempo, determina sus propiedades.

Es la parte de la estructura de una molcula en donde ocurren lamayora de las reacciones.

HidrocarburoEs una molcula compuesta solamente por carbono e hidrgeno. Sus grupos funcionales son los enlaces dobles y triples (si los tiene). Los enlaces son esencialmente no reactivos.Molcula o grupo saturadoEs una molcula o grupo sin enlaces .Molcula o grupo insaturadoEs una molcula o grupo con enlaces mltiples (dobles o triples).HeterotomoSe dice de un tomo diferente a C e H: O, N, S, P, halgenos (X).

IIII ClasificaciClasificacin de los compuestos orgn de los compuestos orgnicos de acuerdo a su nicos de acuerdo a su grupo funcionalgrupo funcional

Hidrocarburos

Estructura del grupo funcional Nombre de la familia

(Slo contiene enlaces sencillosCC y CH)

Alcanos

Alquenos

Alquinos

Arenos (bencenocon sustituyenteshidrocarbonados)

C C

C C

C C

C

CC

C R

Frecuentemente un grupo hidrocarburo se abrevia con la notacin R. Ejemplo: R puede significar CH3 , CH3CH2 , CH2=CH2 , etc.

Compuestos monoheterosustituidos: en donde el carbono est unido conun heterotomo.

Heterotomo = oxgeno

CC

C

C

OHCC

C

H

OHCC

H

H

OH

C OHR

R'

R'''CH OHR

R'R OH

Alcoholes primarios Alcoholes secundarios Alcoholes terciarios

C C

C

CC

C OH

Fenoles teres

R O R''

Compuestos monoheterosustituidos: en donde el carbono est unido conun heterotomo (continuacin).

Heterotomo = azufre

Tioles(mercaptanos o tioalcoholes)

R S R'

OR S R'R SH

SulfxidosTioteres(disulfuro)

R S R'

O

OR S OH

O

OR S NH2

O

O

SulfonamidasSulfonas cidos sulfnicos


Heterotomo = nitrgeno

Aminas primarias

R N

R'

R''R NH

R'R NH2

Aminas terciariasAminas secundarias

R N

R'

R''

R''' X XH NH

H

H R NO2 R NO

Derivadosnitro

Derivadosnitroso

Sales de amoniocuaternarias

Una sal de amonio


Heterotomo = halgeno

Halogenuros de alquiloX = F, Cl, Br o I

77

R X

Compuestos diheterosustituidos: en donde el carbono tiene dos uniones con heterotomos.

(R') H C

R

N OH (R') H C

R

N NH2R CO

H R C

R'

N R''R CO

R''

Aldehdos Cetonas HidrazonasIminas Oximas

CR

R'

O R''

O R''C

R

H

O R'

O RC

R

H

O R'

OH

AcetalesHemicetales Cetales

Compuestos triheterosustituidos: en donde el carbono tiene tres uniones con heterotomos.

R C

O

X R C

O

O R' R C

O

O C R'

O

R C

O

OH

cidoscarboxlicos

Halogenurosde cido

steres Anhdridos

R C

O

N C R'

O

H

Lactama(amida cclica)R C

O

NH2R CN

Nitrilos Imidas Lactona(ster ccico)

Amidas

Compuestos tetraheterosustituidos: en donde el carbono tiene cuatro uniones con heterotomos.

C

O

NHHN

R'RC

O

OHHO CO

ClCl O C

O

O R'R

cido carbnico Fosgeno Ureas Carbonatos

N C

O

O R'R

H

C

N

NHHN

R'R

R''

Cl C

O

O R'CO O

Cloroformiatos Carbamatos(uretanos)

Guanidinas Dixido decarbono

CN OR CN SR CN N R'R

Isocianatos Isotiocianatos Carbodiimidas

RafaelFile AttachmentClasificacion_compuestos_organicos_segun_grupo_funcional.pdf

Clases 12 - 16Mayo 16 - 30, 2002Nomenclatura de compuestos

orgnicos

ContenidoI Nomenclatura de:

Hidrocarburos: alcanos, alquenos, alquinos, arenos Compuestos monoheterosustituidos: alcoholes, teres, tioles

tioteres, aminas, sales de amonio, nitrocompuestos Compuestos diheterosustituidos: aldehdos, cetonas Compuestos triheterosustituidos: cidos carboxlicos,

halogenuros de cido, steres, anhdridos, nitrilos, amidasII Orden de prioridad entre grupos funcionalesIII ndice de insaturacin

UNIDAD 4

ISOMERA Y ESTEREOQUMICA

Objetivos Diferenciar entre ismeros y estructuras equivalentes. Determinar el tipo de isomera que relacionan a dos molculas. Representar correctamente la estructura de las molculas en el espacio. Distinguir los diferentes tipos de estereoismeros. Utilizar las reglas de Cahn, Ingold y Prelog para la asignatura de

configuracin absoluta. Definir el concepto de carbono asimtrico. Indicar cuando un compuesto presenta actividad ptica. Explicar los cambios de energa involucrados en los diferentes confrmeros,

e indicar el ms estable. Escribir y dar nombre a los compuestos orgnicos utilizando la nomenclatura

estereoqumica.

Clase 17Junio 4, 2002Isomera e introduccin a la

estereoqumica

Contenido

I Representacin tridimensional de las molculas en un planoII IsmerosIII Importacia de la estereoqumicaIV Clasificacin de los ismeros

Ismeros estructurales Estereoismeros

V Isomera geomtrica Sistema de nomenclatura (E) y (Z) Reglas secuenciales Compuestos cclicos

Isomera Introduccin a la Estereoqumica


IsomerIsomera e introduccia e introduccin a la estereoqun a la estereoqumicamica

ContenidoI Representacin tridimensional de las molculas en un planoII IsmerosIII Importacia de la estereoqumicaIV Clasificacin de los ismeros

Ismeros estructurales Estereoismeros

V Isomera geomtrica Sistema de nomenclatura (E) y (Z) Reglas secuenciales Compuestos cclicos

II RepresentaciRepresentacin tridimensional de las moln tridimensional de las molculas en un planoculas en un plano

Metano 1,2-Dicloroetano

Representacin tridimensional(bolas y varillas)

Cl

Cl

Cl

Cl

Proyeccin de cua

Proyeccin de caballete


Metano 1,2-Dicloroetano

Proyeccin de Fischer

Proyeccin de Newman

Fischer Fischer

Cl

HH

Cl

H H

Cl

HH

Cl

H H

Cl

Cl

H

H H---

H


H

CHO

OH

HHO

OHH

OHH

CH2OH

D-glucosa(C6H12O6)

Representacin tridimensional(bolas y varillas) Proyeccin de Fischer

O

OH

H

OHHOH

H

OHH

CH2OH

H

Proyeccin de Haworth

IIII IsIsmerosmeros Los ismeros son compuestos diferentes que tienen la misma frmula molecular.

Los modelos moleculares de dos ismeros no se pueden superponer.

IsmerosIsmeros

EstructuralesEstructurales EstereoismerosEstereoismeros

PosicinPosicin

CadenaCadena

FuncionalesFuncionales

TautmerosTautmeros

Geomtricos(cis-trans)

Geomtricos(cis-trans)

pticos(enantimeros)

pticos(enantimeros)

EnantimerosEnantimeros

DiastereoismerosDiastereoismeros

IIIIII Importancia de la estereoquImportancia de la estereoqumicamica

CO2H

C

CH2

H2N H

CH2

CO2- Na+

CO2H

C

CH2

H NH2

CH2

CO2- Na+

N N

O

O O

HCH3

Ph Bu-n

N N

O

O O

CH3H

n-Bu Ph

(narctico) (anticonvulsivo)(-) (+)

(-)-Monoglutamato de sodioSe usa para dar sabor a la carne. El ismero (+) no tiene sabor.

Derivados del cido barbitrico

H2NOH

O

O

H2N H

NH2HO

O

O

NH2H

Sntesis orgnica Bioqumica Farmacolgica En alimentos (amarga) (dulce)

Asparagina

IVIV ClasificaciClasificacin de los isn de los ismerosmeros1. Ismeros estructurales (ismeros constitucionales)

Son aquellos que difieren en el orden de unin de los tomos. De cadena: difieren en el arreglo de la cadena de carbonos. De posicin: difieren en la posicin del grupo funcional a lo largo de la cadena. Funcionales: difieren en la naturaleza del grupo funcional presente. Tautmeros: estn en equilibrio rpido. En casi todos los casos, un protn se

desplaza de un tomo de la molcula a otro.

Frmula molecular Ismeros estructurales

C4H10

C3H7Cl

C2H6O

CH3CH2CH2CH3 CH3 CHCH3

CH3

CH3CH2CH2Cl CH3 CH3

CH3

Cl

CH3CH2OH CH3OCH3

Tipo

cadena

posicin

funcionales

TautTautmerosmeros

Tautomerismo ceto-enlico

RR'

O

RR'

OH

Forma ceto Forma enlica

Tautomerismo imina-enamina

R2CH-CR=NR R2C=CR-NHR

Imina Enamina

Tautomerismo nitroso-oxima

R2CH-N=O R2C=N-OH

Nitroso Oxima

2. Estereoismeros

Son aquellos que muestran el mismo orden de unin de los tomos y

difieren solamente en el arreglo tridimensional de los tomos.

A las estructuras tridimensionales diferentes se les llama configuraciones.

Se caracterizan porque no pueden convertirse una en la otra.

Clasificacin 1.

Ismeros geomtricos (ismeros cis-trans).

Ismeros pticos (enantimeros).

Clasificacin 2.

Enantimeros: son imgenes especulares no superponibles.

Diastereoismeros: no son imgenes especulares.

VV IsomerIsomera geoma geomtricatricaLos ismeros geomtricos o ismeros cis-trans: Difieren en que los grupos estn del mismo lado o de lados opuestos en un lugar de rigidez de la molcula (por ejemplo, un doble enlace).

Resultan de la rotacin impedida en torno a dobles enlaces y en ciclos. Tienen propiedades fsicas diferentes. Se presentan en dos clases de compuestos: alquenos y compuestos cclicos. Para que se d la isomera geomtrica en los alquenos cada tomo de carbono unido por el enlace debe tener dos grupos diferentes unidos a l.

2121

Dos grupos del mismo lado del enlace estn en cis (del latn, en este lado)

Dos grupos de lados opuestos del enlace estn en trans (del latn, al otro lado)

Cl

H

Cl

H

H

Cl

Cl

H

Cis-1,2-dicloroeteno(p.eb. 60 C)Ismero cis

Trans-1,2-dicloroeteno(p. eb. 48 C)Ismero transLa palabra cis o trans

se adiciona al nombre de la molcula

IsomerIsomera geoma geomtrica: sistema de nomenclatura (trica: sistema de nomenclatura (EE) y () y (ZZ)) No todos los ismeros geomtricos pueden nombrarse con el sistema cis-trans. El sistema (E) y (Z) se basa en la asignacin de prioridades a los tomos o grupos

unidos a cada carbono del doble enlace. Si los tomos o grupos de mayor prioridad estn de lados opuestos el ismero es (E). Si los tomos o grupos de mayor prioridad estn del mismo lado el ismero es (Z). La prioridad se basa en los nmeros atmicos de los tomos unidos directamente a

los carbonos del doble enlace. El nmero atmico mayor, tiene prioridad sobre los menores:

F

Cl

I

Br

Cl

F

I

Br(Z)-1-Bromo-2-cloro-2-flor-1-yodoeteno

(E)-1-Bromo-2-cloro-2-flor-1-yodoeteno

F Cl Br I9 17 35 53Nmero atmico:

Prioridad creciente

Los ismeros geomtricos frecuentemente se nombran, si es posible, con los prefijos cis y trans; el sistema (E) y (Z) generalmente slo se usa para los compuestos que no se pueden designar con los prefijos cis y trans.

IsomerIsomera geoma geomtrica: reglas secuencialestrica: reglas secuenciales

Con el nmero atmico no siempre se puede determinar el orden de prioridades:

Para estos casos se han desarrollado un conjunto de Reglas secuenciales:

1. Si los tomos son diferentes tiene la prioridad el de mayor nmero atmico.

2. Si estn presentes dos istopos del mismo elemento, tiene prioridad el de masa

superior.

3. Si dos tomos son idnticos, se usa el nmero atmico de los tomos siguientes

hasta que se encuentre el primer punto de diferencia en la cadena.

4. En las estructuras con tomos unidos por dobles o triples enlaces, cada tomo se

duplica, (por un doble enlace), o se triplica, (para los triples enlaces).

CH3

CH2CH3

H

CH3(E) o (Z)?

IsomerIsomera geoma geomtrica: compuestos ctrica: compuestos cclicosclicos Dos sustituyentes en un compuesto cclico pueden estar del mismo lado del

anillo o del lado opuesto.Cuando dos grupos estn en lados opuestos estn en trans.Cuando dos grupos estn del mismo lado estn en cis.

CH3

OH

CH3OH

trans-2-metil-ciclohexanol cis-2-metil-ciclohexanol

RafaelFile AttachmentIsomeria_estereoquimica.pdf

Clases 18 - 21Junio 6 - 18, 2002Ismeros pticos y

anlisis conformacional

Contenido

I Ismeros pticos Elementos de simetra Molculas simtricas, disimtricas y asimtricas Carbono asimtrico y quiralidad Nomenclatura R y S Actividad ptica

II Anlisis conformacional De compuestos de cadena abierta En anillos de 3, 4 y 5 miembros De ciclohexano Compuestos policclicos Anlisis

Conformacional


AnAnlisis lisis ConformacionalConformacional

ContenidoI Conformaciones de compuestos de cadena abierta

Conformacin

Confrmeros o ismeros conformacionales

II Conformaciones de los compuestos cclicos

Tensin anular

Plegado del ciclohexano y repulsiones hidrgeno-hidrgeno

III Confrmeros del ciclohexano

Sustituyentes ecuatoriales y axiales

Ciclohexanos disustituidos

II Conformaciones de compuestos de cadena abiertaConformaciones de compuestos de cadena abierta

ConformacinSon los ordenamientos atmicos diferentes que pueden intercambiarse

por rotacin en torno a enlaces simples.

1,2-Dicloroetano

Cl

ClH

H

H H Cl

HH

H

HCl Cl

HH

H

Cl H

Proyeccin de cua

Cl

H H

H

Cl

HH Cl

HHH

Cl

Cl Cl

HHH

H

Representacin tridimensional(bolas y varillas)

Proyeccin de Newman

Confrmeros o ismeros conformacionales Son las conformaciones diferentes que corresponden a mnimos de energa. Aunque una molcula puede adoptar cualquier nmero de conformaciones, algunas son ms estables que otras. Estas conformaciones se llaman confrmerosque son tambin estereoismeros.

Confrmeros alternadosSon aquellos en la que los grupos unidos estn lo ms alejados posible unos de otros.

Confrmeros eclipsadosSon aquellos en la que los grupos estn tan prximos como sea posible.

Diagrama de energa de las conformaciones del etano La conformacin eclipsada del etano es aproximadamente 3 kcal/mol menos estable que el confrmero alternado, debido a pequeas repulsiones entre los electrones de enlace de los tomos de hidrgeno.

A temperatura ambiente las conformaciones del etano son interconvertibles. Sin embargo, se esperara que un mayor porcentaje de molculas estuvieran en la conformacin alternada.

Escalonada = alternada

Anlisis conformacional del butano Fijando la atencin en el enlace C-C central, es una molcular similar al etano pero con un grupo metilo reemplazando dos hidrgenos en cada carbono.

Puede existir en conformaciones eclipsadas y alternas (como el etano). Los grupos metilo dan lugar a dos tipos de conformaciones alternadas que difieren en las posiciones relativas de dichos grupos:

Confrmeros anti (del griego anti, contra)Es la conformacin alternada en la cual los grupos metilo estn separados por la mxima distancia.

Confrmeros gauche (del francs gauche, torcido)Es la conformacin alternada en la cual los grupos metilo estn ms prximos.

Oblicuas = gauche

Diagrama de energa de las conformaciones del butanoEn la Figura se muestran las relaciones energticas de la rotacin completa alrededor del enlace carbono 2 carbono 3.

IIII Conformaciones de compuestos cConformaciones de compuestos cclicosclicos

Tensin anular En 1885 Adolf von Baeyer propuso que todos los compuestos cclicos, excepto el ciclopentano, presentaran tensin debido a que sus ngulos de enlace no se aproximan al ngulo tetrahdrico de 109.5.

Propuso que el ciclopentano debera ser el anillo ms estable.

Ciclopropano

El ciclopropano presenta tensin anular. Es el ms reactivos de los alcanos. Los orbitales sp3 de los carbonos no se pueden superponer completamente entre s debido a que los ngulos entre los carbonos geomtricamente deben ser de 60.

Ciclobutano y ciclopentano

El ciclobutano es menos reactivo que el ciclopropano pero ms reactivo que el ciclopentano.

De acuerdo con Baeyer, el anillo de ciclopentano es estable y mucho menos reactivo que los anillos de tres y cuatro miembros.

Ciclohexano

El ciclohexano y los anillos ms grandes se encuentran en conformaciones plegadas y no son particularmente reactivos.

En la naturaleza, los anillos ms comunes son los de cinco y seis tomos de carbono. Esto no se debe a la tensin anular sino que al aumentar el tamao de la cadena disminuye la probabilidad de que sus extremos se encuentren para formar el anillo.

Plegado del ciclohexano y repulsiones hidrgeno-hidrgeno

Si el anillo de ciclohexano fuera plano, todos los tomos de hidrgeno sobre los carbonos del anillo estaran eclipsados.

El ciclohexano es un anillo plegado con ngulos de enlace prximos a 109. Hay menos repulsiones hidrgen-hidrgeno.

Plegado de otros anillos y repulsiones hidrgeno-hidrgeno

El ciclopentano est ligeramente plegado de manera que los tomos de hidrgeno estn alternados.

El ciclobutano tambin est plegado.

El ciclopropano deber ser plano (geomtricamente, tres puntos, tres tomos de

carbono) definen un plano. Los tomos de hidrgeno estn eclipsados.

IIIIII ConfConfrmerosrmeros del ciclohexanodel ciclohexano

Un anillo de ciclohexano est es un estado de continua flexin entre formas

diferentes. Sin embargo, la forma de silla es la ms estable por tener a los

hidrgenos alternados.

La conformacin ms estable

Energas potenciales relativas de las conformaciones del ciclohexano

Sustituyentes ecuatoriales y axiales

Aunque el anillo de ciclohexano no es un plano, se puede considerar que los carbonos (en la conformacin de silla) forman aproximadamente un plano. Si se considera a la molcula de esta manera se pueden distinguir dos tipos de enlaces: Enlaces ecuatoriales: son los que unen a los tomos que se encuentran en el plano, en un cinturn alrededor del ecuador del anillo.

Enlaces axiales: son los que unen a los tomos que de encuentran paralelos a un eje perpendicular al plano.

En la conformacin de silla, cada carbono posee un enlace ecuatorial y otro axial. En la interconversin entre los confrmeros, los hidrgenos axiales se convierten en ecuatoriales, mientras que los ecuatoriales se convierten en axiales.

Anlisis conformacional del metilciclohexano. Interacciones axial-axial

Cuando el metilo en el metilciclohexano est en posicin axial, hay una interaccin entre este grupo y los hidrgenos axiales en el mismo lado del anillo: se repelen mutamente. A estas interacciones entre grupos axiales se les llama interacciones axial-axial.

Cuando el grupo metilo est en posicin ecuatorial, las repulsiones son mnimas. A temperatura ambiente, aproximadamente el 95% de las molculas estn en la conformacin en donde el metilo es ecuatorial.

Fig 134 fessenden, al final

Anlisis conformacional del t-butilciclohexanoLa diferencia de energa entre un confrmero axial y otro ecuatorial es mayor cuanto ms voluminoso es el grupo sustituyente.

Se dice que el t-butilciclohexano estcongelado o anclado en esta conformacin

Aunque el anillo no est realmente congelado, la diferencia de energa (5.6 kcalmol)entre ambas conformaciones implica que slo 1 en 10,000 molculas tiene el grupot-butilo en posicin axial en un momento dado.

Ciclohexanos disustituidosDos sustituyentes en un anillo de ciclohexano pueden ser cis o trans. Ambos ismeros geomtricos pueden tener una variedad de conformaciones.

En un ciclohexano 1,3-disustituido, el ismero cis es ms estableque el ismero transdebido a que en cisambos sustituyentespueden ser ecuatoriales.

a,a e,e

e,a a,e

RafaelFile AttachmentAnalisis_conformacional.pdf

Clases 22 - 27Junio 20 Julio 9, 2002

Resonancia, aromaticidad


Resonancia, tautomerResonancia, tautomera y aromaticidada y aromaticidadContenidoContenidoII TautomerTautomeraa

Tipos de tautTipos de tautmerosmeros

Predominio de los tautPredominio de los tautmeros en el equlibriomeros en el equlibrio

Factores que afectan el equiilibrio tautomFactores que afectan el equiilibrio tautomricorico

IIII ResonanciaResonancia

IIIIII AromaticidadAromaticidad

Condiciones para que una molCondiciones para que una molcula sea aromcula sea aromticatica

CaracterCaractersticas generales de las molsticas generales de las molculas aromculas aromticas ticas

Compuestos aromCompuestos aromticos y no aromticos y no aromticosticos

EnergEnerga de resonanciaa de resonancia

Grupos electroatractores y electrodonadoresGrupos electroatractores y electrodonadores

II TautTautmerosmeros

La tautomera o equilibrio tautomrico implica: Dos ismeros que estn en equilibrio rpido. Movimiento de un tomo, usualmente un protn.

Tautomerismo ceto-enlico

RR'

O

RR'

OH

Forma ceto Forma enlica

Tautomerismo imina-enamina

R2CH-CR=NR R2C=CR-NHR

Imina Enamina

Predomina enel equilibrio



Tautomerismo nitroso-oxima

R2CH-N=O R2C=N-OH

Nitroso Oxima

Tautomerismo fenol-ceto

Fenol Ceto

OH OH

H




Ejemplos del predomino del tautmero ceto en el equilibrio

O OH

H

O

H

OH

6x10-7 % 1x10-3 %

O

O

O

OH

Menos de 1 parte en10 millones

O OO OH O OH

El enol se estabiliza porpuentes de hidrgeno

76.4 %


Factores que afectan el equilibrio tautomrico

Temperatura Disolvente Concentracin

Efecto del disolvente:

O O

O O

O OH

Acetoacetato de etilo 0.4 % en agua19.8 % en tolueno

El agua compite por la formacinde puentes de hidrgeno


1. La molcula real es un hbrido de resonancia de las formas cannicas.

2. Algunas de las formas cannicas tienen mayor contribucin.

Neutras

Con cargas formales opuestas prximas

Con cargas formales opuestas separadas

3. El hbrido de resonancia es ms estable que las formas cannicas.

Con

tribu

cin

Ejemplos:

A. Benceno


R OH

O

R OH

O-

+ R OH

O-

+

B. Grupo cido carboxlico

C. Grupo nitro

R N

O

O

+

-R N

O

O+

-

D. Anion carbonato

O

C

O

O-

-O

C

O

O

-

-O

C

O

O

-

-


Condiciones para que una molcula sea aromtica

Debe tener (4n + 2) electrones (regla de Hckel), donde n es un nmero entero. Esto es, la molcula debe tener 2, 6, 10, 14 ... electrones (n = 0, 1, 2, 3 ..., respectivamente). Los electrones deben estar formando un ciclo de manera que se forma una corriente cerrada de electrones. La estructura de la molcula debe ser plana. Los electrones forman una nube continua por encima y por debajo de esta estructura.

Carcatersticas generales de las molculas aromticas

Son estables: tienen calores de hidrogenacin y combustin bajos. Presentan resistencia a las reacciones de adicin. Las sustancias aromticas son cclicas: por lo general son anillos decinco, seis y siete tomos.

IIIIII AromaticidadAromaticidadEjemplos de molculas aromticas (elecrones y energa de resonancia):

Benceno6 (n=1)36 kcal

Naftaleno10 (n=2)61 kcal

Antraceno14 (n=3)92 kcal

Fenantreno14 (n=3)92 kcal

Pirrol6

Furano6

Tiofeno6

Anion cilopentadienilo6

Catin cicloheptatrienilo(ion tropilio)

6

NH S

O


Ejemplos de molculas no aromticas

Ciclobutadieno Ciclooctatetraeno

Estructura del benceno y aromaticidadTodos los enlaces del benceno son iguales. Su longitud es intermedia entreenlaces simples y dobles.

Esperado Real

1.34 Angtrons

1.48 Angtrons 1.39 AngstronsLongitudesde enlace


Energa de resonancia

Ciclohexatrieno

Ciclohexano

Benceno

36kcal

Energa de resonancia:el benceno libera 36 kcalmenos de lo esperado.

85.8kcal

Energapotencial

(kcal)49.8kcal


Grupos electrodonadores

- NR2- NH2- OR

- OH

- OCOR

- SR

- SH

- F

- Cl

- Br

- I

Grupos electroatractores

- NO2- CN

- COOH

- COOR

- CONH2- CONHR

- CONR2- COH

- SO2R

RafaelFile AttachmentResonancia_aromaticidad.pdf

Clase 9Mayo 7, 2002Tercer y cuarto exmenes parciales

Unidades 2

Examen Parcial 3 Examen Parcial 4

cidos y Bases


cidos y Basescidos y Bases

Contenido

I Clasificacin de cidos y bases

Brnsted-Lowry

Lewis

II pKa y pKb

Constantes de acidez y basicidad

Efectos de la estructura sobre la fuerza de los cidos y

bases

II ClasificaciClasificacin de n de cidos y basescidos y basesBrnsted-Lowry Un cido es una sustancia que entrega un protn. Una base es una sustancia que acepta un protn.

cidoscidos BasesBasesH2SO4 H2O

HCl NH3

Reacciones entre un cido y una base (reacciones cido-base)

Forma uncido (conjugado)

Acepta un protndel cido

HSO4-H3O+ +H2SO4 H2O+Basefuerte

cidofuerte

Basedbil

cidodbil

Entrega un protna la base

Forma una base(conjugada)

Reacciones entre un cido y una base (reacciones cido-base)

Forma uncido (conjugado)

Acepta un protndel cido

Cl-NH4+ +HCl + NH3Basefuerte

cidofuerte

Basedbil

cidodbil

Entrega un protna la base

Forma una base(conjugada)

Fuerza de cidos y bases Un cido es fuerte si tiende a entregar su protn con facilidad. Los cidos fuertes forman bases (conjugadas) dbiles. Una base es fuerte si tiende a aceptar su protn con facilidad. Las bases fuertes forman cidos (conjugados) dbiles.

H2SO4HCl

H3O+ NH4+ H2OFuerza cida

HSO4-

Cl-H2O NH3 OH-Fuerza bsica

Lewis Un cido es una sustancia que puede recibir un par de electrones paraformar un enlace covalente.

Una base es una sustancia que puede suministrar un par de electronespara formar un enlace covalente.

cidoscidos BasesBasesH+ H2O

AlCl3 NH3

OH-BF3

IIII pKa pKa yy pKbpKb

Constantes de acidez y basicidad Son una medida de la fuerza relativa de los cidos y las bases. cidos fuertes tienen valores de pKa bajos. Bases fuertes tienen valores de pKb bajos. Para un par cido-base se cumple: pKa + pKb = 14

Efectos de la estructura sobre la acidez y la basicidad Inductivos

OH

O

OH

O

O2N

pKa = 4.76 pKa = 1.68

Resonancia

R OH

O

R OH

pKa = 4 - 5 pKa = 16

NH2

NH2

NO2

pKa = 4.60 pKa = 1.11

R O

O O

R' R O

O

R'

pKa = 11 pKa = 19 - 20

Tabla peridica

En un periodo: la acidez aumenta a la derecha y la basicidad a la izquierda.Esta tendencia puede atribuirse a la electronegatividad de los tomos.

Acidez: CH4 < NH3 < H2O < HF

pKa 48 38 15.74 3.17

En un grupo: la acidez aumenta hacia abajo y la basicidad hacia arriba.Esta tendencia puede atribuirse al tamao de los tomos.

HF 3.17

HCl -7

HBr -9

HI -10

pKa

H2O 15.74

H2S 7.00

pKa

Aci

dez

HibridacinEnerga de los orbitales: s < p

sp < sp2 < sp3

R R

OH+

RO

+

R

H

R OH2+

- 7 - 3.5 - 2pKa

RO

RR R

O R OH

Oxgeno sp3:ms bsicoOxgeno sp2:

menos bsico

Otros efectos Puentes de hidrgeno Estricos

RafaelFile AttachmentAcidos_bases.pdf

ClasesJulio 23, 2002

Exmen Parcial 5

Exmenes ordinariosJulio 30 y Agosto 26, 2002

Ordinario A Ordinario A Version 2

Ordinario B

Documents

QUÍMICA ORGÁNICA I (1345) CUADERNO ELECTRÓNICO DE …depa.fquim.unam.mx/amyd/archivero/Cuadernodeapun... · Bienvenido al curso de Química Orgánica I. El presente Cuaderno Electrónico