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02/12/2012
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QUÍMICA ORGÁNICA
CURSO: 2º DE BACHILLERATO
ASIGNATURA: QUÍMICA
QUÍMICA ORGÁNICA
• La Química Orgánica es la rama de la química que estudia la
química del carbono y sus compuestos.
• El átomo de carbono tiene cuatro electrones en su capa
de valencia, según la regla del octeto necesita ocho para
completarla, por lo que forma cuatro enlaces covalente con
otros átomos (carbonos, hidrógenos y heteroátomos)
• En las moléculas orgánicas podemos distinguir dos estructuras.
– Cadena hidrocarbonada.
– Grupos funcionales.
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• Grupo funcional: átomo o grupo de átomos responsable del
comportamiento químico de la molécula. Todos los
compuestos químicos que tienen un mismo grupo funcional
presentan comportamientos químicos similares.
• Serie homóloga: conjunto de compuestos que poseen el
mismo grupo funcional, y cada término de la serie difiere del
anterior y del posterior en el grupo metileno(-CH2-).
• Los miembros de una serie homóloga poseen propiedades
químicas similares y propiedades físicas que varían de forma
gradual.
• Hay compuestos orgánicos que poseen más de un grupo
funcional, y sus propiedades derivan de la coexistencia de
ambos grupos.
• Cadena principal: Por orden de preferencia la que posee
mayor número de grupos principales, mayor número de dobles
y triples enlaces, mayor número de átomos de carbono,
localizadores más pequeños para los grupos principales,
localizadores más pequeños para las insaturaciones y mayor
número de sustituyentes.
• Localizadores: Señalan la posición de un grupo funcional en
la molécula. Se separan de otros por comas y del nombre del
compuesto por guiones.
• Los localizadores más pequeños se asignan a los grupos
principales, insaturaciones, dobles enlaces y sustituyentes
ordenados alfabéticamente. Los prefijos multiplicativos de los
sustituyentes no se tienen en cuenta a la hora de ordenarlos
alfabéticamente.
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• Orden de preferencia de los grupos funcionales:
– Ácidos carboxílicos
– Ésteres
– Amidas
– Aldehídos
– Cetonas
– Nitrilos
– Alcoholes
– Aminas
– Éteres
– Hidrocarburos insaturados
– Hidrocarburos saturados
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ISOMERÍA
La isomería es el fenómeno por el cual algunos
compuestos químicos coinciden en su fórmula molecular,
pero difieren en algunas propiedades.
• Isomería estructural o plana:
– Isomería de cadena
– Isomería de posición
– Isomería de función
• Isomería espacial o estereoisomería:
– Isomería geométrica
– Isomería óptica
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Isomería estructural o plana:
Isomería de cadena
Los isómeros difieren en la colocación de algún átomo
o grupo de átomos en la cadena.
2-buteno 2-metilpropeno
CH CH
CH3
CH3
C CH2
CH3
CH3
Isomería estructural o plana:
Isomería de posición
Los isómeros difieren en la posición del grupo
funcional o de los enlaces múltiples.
1-propanol 2-propanol
CH2 OHCH2CH3CH3CHCH3
OH
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Isomería estructural o plana:
Isomería de función
Los isómeros difieren en los grupos funcionales.
propanona o acetona propanal
CH3CCH3
O
CCH2CH3
O
H
Isomería espacial o estereoisomería
Los isómeros difieren en la disposición de los átomos en el
espacio.
– Isomería geométrica: La isomería geométrica se produce
cuando los carbonos que forman un doble enlace tienen
sustituyentes diferentes.
– Isomería óptica: Se produce en compuestos que tienen
carbonos asimétricos (carbonos quirales, con los cuatro
sustituyentes diferentes).
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Isomería geométrica
La isomería geométrica se produce cuando los carbonos que forman
un doble enlace tienen sustituyentes diferentes.
cis-2-buteno trans-2-buteno
En el primer compuesto los dos hidrógenos están del mismo lado del
doble enlace, en el segundo los dos hidrógenos están en distinto
lado.
El doble enlace impide el libre giro, por lo que los dos compuestos
son distintos entre sí y no pueden convertirse el uno en el otro.
C C
CH3CH3
H H
C C
CH3
CH3
H
H
Isomería espacial o estereoisomería
Los isómeros difieren en la disposición de los átomos en el espacio.
– Isomería geométrica: La isomería geométrica se
produce cuando los carbonos que forman un doble
enlace tienen sustituyentes diferentes.
– Isomería óptica: Se produce en compuestos que tienen
carbonos asimétricos (carbonos quirales, con los
cuatro sustituyentes diferentes).
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Isomería óptica • Cuando un compuesto tiene al menos un átomo de carbono
asímertrico o quiral, es decir, un átomo de carbono con cuatro
sustituyentes diferentes, pueden formarse dos variedades
distintas llamadas estereoisómeros ópticos, enantiómeros,
formas enantiomórficas o formas quirales.
• Los isómeros ópticos no se pueden superponer, uno es la
imagen especular del otro, como ocurre con las manos derecha
e izquierda.
• Presentan las mismas propiedades físicas y químicas pero se
diferencian en que desvían el plano de la luz polarizada en diferente
dirección:
– un isómero desvía la luz polarizada hacia la derecha (en
orientación con las manecillas del reloj) y se representa con el
signo (+): es el isómero dextrógiro o forma dextro.
– el otro isómero óptico la desvía hacia la izquierda (en
orientación contraria con las manecillas del reloj) y se representa
con el signo (-)(isómero levógiro o forma levo).
Enantiómero R Enantiómero S
C
CH3
OHH5C2
HC
CH3
OHC2H5
H
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Hay tres sistemas de nombrar estos compuestos:
• Según la dirección de desviación del plano de la luz
polarizada, distinguimos las formas dextro (+) y levo (-).
• Según la nomenclatura D-L (Formas D y L), que es
inequívoca para isómeros con un solo carbono asimétrico.
• Según la configuración absoluta R-S (formas R y S), más
adecuada para moléculas con varios centros asimétricos.
Reglas de Cahn-Ingold-Prelog
• Las prioridades de los grupos unidos a un átomo se establecen
siguiendo unas reglas de prioridad (o reglas de secuencia):
• La prioridad se establece según el número atómico del átomo
sustituyente. Un átomo tiene prioridad sobre otros de número atómico
menor. Así pues, el hidrógeno es el que tiene una prioridad más baja.
En caso de isótopos el de mayor masa atómica tiene prioridad.
• Si entre dos o más sustituyentes existe coincidencia en el número
atómico del átomo unido directamente a la posición de la cual se quiere
establecer su configuración, se sigue a lo largo de la cadena de cada
sustituyente hasta poder asignar un orden de prioridades.
• Por ejemplo, la prioridad del grupo metilo (-CH3) es menor que la del
grupo etilo (-CH2CH3), ya que el metilo solo tiene átomos de hidrógeno
unidos al primer carbono mientras que el etilo tiene un átomo de
carbono con un número atómico mayor y por tanto con una prioridad
más alta.
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REACCIONES DE SUSTITUCIÓN
• Una reacción de sustitución es aquella donde un
átomo o grupo en un compuesto químico es sustituido
por otro átomo o grupo.
• Las reacciones de sustitución se clasifican en
diferentes tipos según si el reactivo que lleva a cabo
la sustitución es un nucleófilo, un electrófilo o
un radical libre o si el sustrato es alifático o
aromático.
• En química orgánica las sustituciones nucleófilas o
electrófilas son muy importantes.
Reacciones de sustitución nucleofílica
En química orgánica, una sustitución nucleófila es un tipo
de reacción de sustitución en la que un nucleófilo, "rico
en electrones", reemplaza en una posición electrófila, "pobre en
electrones", de una molécula a un átomo o grupo,
denominados grupo saliente.
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Reacciones de sustitución electrofílica
Una sustitución electrofílica es un tipo de reacción de
sustitución en la que un electrófilo, “pobre en electrones",
reemplaza en una posición nucleófila, “rica en electrones", de
una molécula a un átomo o grupo, denominados grupo saliente.
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REACCIONES DE ADICIÓN
• Una reacción de adición es una reacción donde una o más especies
químicas se suman a otra (substrato) que posee al menos un enlace
múltiple, formando un único producto, e implicando en el substrato la
formación de dos nuevos enlaces y una disminución en el orden
o multiplicidad de enlace.
• Existen tres tipos principales de reacciones de adición:
– Adiciones electrófilas (o eletrofílicas)
– Adiciones nucleófilas (o nucleofílicas)
– Adiciones radicalarias
• Las reacciones de adición están limitadas a compuestos químicos que
contengan enlaces múltiples:
– Moléculas con dobles o triples enlaces carbono-carbono
– Moléculas con enlace múltiple carbono-heteroátomo como C=O, C=N
o C≡N
• Una reacción de adición es lo contrario a una reacción de eliminación.
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Reacciones de adición electrófila • En una reacción de adición electrofílica es una reacción de
adición donde en un compuesto químico, el sustrato de la
reacción, se pierde un enlace pi para permitir la formación de
dos nuevos enlaces sigma.
• En las reacciones de adición electrofílica, los sustratos más
comunes tienen enlaces dobles o enlaces triples carbono-
carbono.
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Regla de Markovnikov
La regla de Markovnikov establece que, con la adición de un
reactivo asimétrico del tipo H-X a un alqueno o alquino, el átomo
de hidrógeno lábil se une al átomo de carbono del doble o triple
enlace con el mayor número de átomos de hidrógeno, y el
grupo halogenuro (X) se une al átomo de carbono del doble o
triple enlace con el menor número de átomos de hidrógeno.
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REACCIONES DE ELIMINACIÓN Una reacción de eliminación es el proceso inverso a una reacción de
adición. Es una reacción en la que dos sustituyentes son eliminados de
una molécula, creándose una insaturación, ya sea un doble o triple
enlace, o un anillo.
Las reacciones de eliminación más importantes son aquellas en las que
los dos grupos que se eliminan están situados en átomos adyacentes,
dando lugar a una nueva insaturación en la forma de un alqueno,
un alquino o un carbonilo.
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Mecanismo
Ejemplos
Regla de Saytzeff
• La regla de Saytzeff, Saytzev o Zaitsev establece
que en una reacción de eliminación (β-eliminación)
en la que pueda ser formado más de un alqueno será
mayoritario el más estable termodinámicamente.
• El hidrógeno que sale del sustrato o hace del carbono
más ramificado, es decir, del carbono que tiene menos
hidrógenos.
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REACCIONES DE OXIDACIÓN
• La oxidación de alcoholes es una reacción orgánica importante.
• Los alcoholes primarios (R-CH2-OH) pueden ser oxidados a aldehídos (R-CHO) o ácidos carboxílicos(R-COOH), mientras que la oxidación de alcoholes secundarios (R1R2CH-OH), normalmente termina formando cetonas(R1R2C=O). Los alcoholes terciarios (R1R2R3C-OH) son resistentes a la oxidación.
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REACCIONES DE REDUCCIÓN
Para la reducción de los grupos carbonilos y carboxilos se
utilizan hidruros metálicos complejos
• Alanato de litio o hidruro de litio y aluminio (LiAlH4)
• Borohidruro de sodio (NaBH4)
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REACCIONES DE ESTERIFICACIÓN
• Se denomina esterificación al proceso por el cual se sintetiza un éster.
• Un éster es un compuesto derivado formalmente de la reacción química entre un ácido carboxílico y un alcohol.
REACCIONES DE SAPONIFICACIÓN
• La saponificación es una reacción química entre un éster de ácido graso (o un lípido saponificable, portador de residuos de ácidos grasos) y una base, en la que se obtiene como principal producto la sal de dicho ácido
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REACCIONES DE CONDENSACIÓN
Una reacción de condensación, en química orgánica, es
aquella en la que dos moléculas se combinan para dar un
único producto acompañado de la formación de una
molécula de agua.
Las reacciones de condensación siguen un mecanismo de
adición-eliminación.
REACCIONES DE POLIMERIZACIÓN
• La polimerización es un proceso químico por el que
los reactivos, monómeros (compuestos de bajo peso
molecular) se agrupan químicamente entre sí, dando
lugar a una molécula de gran peso, llamada polímero,
o bien una cadena lineal o una macromolécula
tridimensional.
• Los polímeros pueden ser de adición o condensación.
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Polímeros de adición
Una polimerización es por adición si la molécula de
monómero pasa a formar parte del polímero sin pérdida de
átomos, es decir, la composición química de la cadena
resultante es igual a la suma de las composiciones químicas
de los monómeros que la conforman.
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Reacciones Radicalarias
Polímeros de condensación
• La polimerización es por condensación si la molécula
de monómero pierde átomos cuando pasa a formar
parte del polímero. Por lo general se pierde una
molécula pequeña, como agua.
• La polimerización por condensación genera
subproductos. La polimerización por adición no.
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Los poliésteres tienen cadenas hidrocarbonadas que contienen uniones éster,
de ahí su nombre.
Los grupos éster en la cadena de poliéster son polares, donde el átomo de
oxígeno del grupo carbonilo tiene una carga negativa y el átomo de carbono
del carbonilo tiene una carga positiva. Las cargas positivas y negativas de los
diversos grupos éster se atraen mutuamente. Esto permite que los grupos éster
de cadenas vecinas se alineen entre sí en una forma cristalina y debido a ello,
den lugar a fibras resistentes.
Los nylons también se llaman poliamidas, debido a los característicos grupos
amida en la cadena principal. Las proteínas, tales como la seda a la cual el
nylon reemplazó, también son poliamidas. Estos grupos amida son muy
polares y pueden unirse entre sí mediante enlaces por puente de hidrógeno.
Debido a esto y a que la cadena de nylon es tan regular y simétrica, los nylons
son a menudo cristalinos, y forman excelentes fibras.
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Las siliconas son polímeros inorgánicos, es
decir, no contienen átomos de carbono en su
cadena principal. Esta es una cadena alternada de
átomos de silicio y de oxígeno. Cada silicona
tiene dos grupos unidos a la misma y éstos
pueden ser grupos orgánicos.
