QUÍMICA ORGÁNICA Consideraciones Previas · 2019-03-25 · Estructura electrónica del carbono Al átomo de carbono con número atómico 6 le corresponde la configuración electrónica:

Carrera: Profesorado en Biología Cátedra: Química Biológica

Ing. Daniel Italo Soldani 02Organica Página 1 de 26

QUÍMICA ORGÁNICA

Nociones generales de química orgánica. Valencia del carbono. Purificación de sustancias orgáni-

cas. Especie química pura. Fórmula molecular de constitución. Función química. Isomería. Clasi-

ficación de las sustancias orgánicas. Compuestos Alifáticos. Hidrocarburos. Alquilos. Carbonos

primarios, secundarios y terciarios. Función: Alcohol, aldehído, cetona. Isomería funcional. Fun-

ción acido orgánico, amina, amida, función con azufre, ácidos no saturados, ácidos-alcoholes, áci-

dos cetónicos, aminoácidos. Aldehídos y cetonas. Estereoisomería. Carbono asimétrico. Poder ro-

tativo específico. Compuestos alicíclicos. Hidrocarburos aromáticos y aromáticos condensados.

Compuestos heterocíclicos.

Consideraciones Previas

Has participado de las clases y quizás ya hayas aprobado Fundamentos de Química; por lo tanto, te

has introducido al mundo de los diferentes materiales que nos rodean y que vamos descubriendo a

lo largo de la vida. Alumna/o, no tendrás aquí, más que una introducción a la química orgánica o de

los compuestos orgánicos, una especie de guía, para iniciarte en el conocimiento de las sustancias

que dan a la vida la posibilidad de interpretar sus procesos. Es así que la química orgánica, te pro-

mueve hacia la biología. Con esos conocimientos previos habrás adquirido algún conocimiento im-

prescindible para entender la materia biológica y poder describir aspectos funcionales, e interpretar

los fenómenos biológicos a partir de sus partículas elementales constituyentes.

No hay conocimiento posible de la materia sin conocer los elementos que la constituyen, ¿Como

están combinados?, ¿Como han logrado esa combinación?, ¿Como la mantienen?, ¿Como se trans-

forman? y ¿Como se obtiene la energía que necesitan para realizar los procesos? La materia de la

vida que es una parte de toda la materia existente, requiere para conocer sus procesos, (muchas ve-

ces simples y donde se interaccionan muchos elementos y ambientes ecológicos), y la química

orgánica estudia estructuras moleculares que sirven para interpretar las estructuras más complejas

que transitan por las células. Este es el objetivo de esta unidad y esta guía así esta planificada.

Química Orgánica

Hay excelentes definiciones de la química orgánica, una de ellas expresa: La química orgánica es

la parte de la ciencia química que se ocupa del estudio de los compuestos de carbono que intervie-

nen en las reacciones de los organismos vivos y sus fósiles. Sin embargo, para llegar a esta defini-

ción los químicos acompañados por los biólogos debieron andar un largo camino de investigación,

descubrimientos, análisis, deducciones y luchas denodadas defendiendo cada uno lo que inferían de

sus investigaciones y descubrimientos. Saber que el hombre tiene dos manos, dos piernas, veinte

dedos, una cabeza, sangre, ojos, saliva, pelos y sus funciones es un conocimiento primario y de ac-

ceso masivo de la materia, el cual se comprueba con unas pocas horas de observación y de dedica-

ción. La educación en sus primeros niveles básicos contempla esta descripción, sin embargo, en los

tramos finales de la educación básica la biología asume el papel esencialmente corpuscular y

energético que permite interpretarla e ingresarla en el nivel de ciencia natural. Por ello, la lectura

de la evolución de la biología en la historia asegurará, un conocimiento que te permite, evitar como

alumno y futuro profesor desagradables sorpresas.

En 1752 se estableció por T. Bacón, la teoría de la fuerza vital o fluido vital, en ella describió que

solo mediante una fuerza vital se pueden producir compuestos orgánicos, esa fuerza solo la da la

vida.

En 1750 Scheele logro sintetizar un compuesto que daba como reacción el azul de Prusia, que indi-

caba la presencia de una sustancia orgánica.

En 1763, Rovelle logra aislar la urea de la orina.



En 1828, el químico alemán Federico Wohler (Friedrich Wöhler 1800-1882), preparo en su

laboratorio cianato de armonio y después al calentarlo, notó que se había transformado en cristales

blancos y sedosos de urea, sustancia que hasta entonces solo de había encontrado en la orina, lo

cual nos dice que es un compuesto Orgánico. En realidad el cianato amónico por permanecer a

temperatura se transformo en urea por una reacción muy característica de la química orgánica; co-

mo es el reagrupamiento interno. Completando esta reacción incrementará sus capacidades de

búsqueda.

2 OCNK + SO4(NH4)2 -------> SO4K2 + 2 OCN-NH4

OCN-NH4 ------calor--------> OC(NH2)2

Este hecho sorprendente sirvió para desechar la antigua teoría de que todos los compuestos una

fuerza vital que solo podía ser poseída por la naturaleza. Desde entonces se empezaron a producir

compuestos orgánicos en el laboratorio que en la actualidad llegan al millón. De esa manera los

compuestos del carbono se comenzaron a sintetizar por métodos en los que no se necesitaba una

fuerza vital. La Química de los compuestos de carbono se convirtió en la Química Orgánica. Sin

embargo se mantiene la división de la química en materiales inorgánicos y orgánicos. La principal

razón para conservar la división de la Química en Inorgánica y Orgánica es que actualmente son tan

numerosos los compuestos conocidos, tanto Inorgánicos como orgánicos, que se hace imposible

estudiarlos a todos en conjunto. Las leyes fundamentales que estudia la Química General son las

mismas, sean los materiales de uno u otro campo. De hecho, a pesar de que no existe un límite

definido entre la Química Inorgánica y la Orgánica; se estudia por separado debido a varias razones

que se muestran en el siguiente cuadro:

VALENCIA DEL ÁTOMO DE CARBONO

Estructura electrónica del carbono

Al átomo de carbono con número atómico 6 le corresponde la configuración electrónica:

1s2 2s

2 2p

2



Siguiendo el principio de máxima multiplicidad de Hund podemos representar la configuración

como:

1s 2s 2p

esta configuración justifica una covalencía 2 para el carbono. A pesar de esto, el carbono sólo

presenta la covalencía 2 en el monóxido de carbono y en un grupo de compuestos conocidos como

isonitrilos.

El carbono, de ordinario, presenta covalencia 4, y ello no es explicable por la configuración que

presenta en estado normal. De hecho, lo que sucede es que al formarse los enlaces, uno de los dos

electrones 2s capta energía y es promocionado al orbital 2pz en el subvine 2p.

1s2 2s2 2p2 Energía 1s2 2s1 2p3 ( px py pz)

átomo de carbono en estado normal átomo de carbono en estado

excitado

La configuración: 1s2 2s1 2p3, para el átomo de carbono explica su tetravalencia, pero no explica

el que los cuatro enlaces C—H del metano (CH4) sean idénticos como prueban la existencia de un

solo derivado monoclorado (CH3Cl) y de un sólo derivado diclorado (CH2Cl2). Así, la forma de los

orbitales de valencia del carbono sería la siguiente:

Existiendo un electrón en cada uno de los orbitales los cuatro átomos de hidrógeno del metano se

dispondrían como se observa a la derecha.

Esta disposición es incompatible con la conocida equivalencia de los cuatro enlaces C—H del

metano. Por otra parte los espectroscopistas insisten en que el ángulo entre cada dos enlaces C—H

es de 109° 28'. Es evidente que a los orbitales del átomo de carbono aislado les ocurre «algo»

cuando el átomo de carbono se combina con otros cuatro átomos. Según Pauling, el átomo de

carbono se dispone situando cada uno de los cuatro electrones de valencia en uno de los cuatro

orbitales idénticos que se forman a partir del orbital 2s y de los tres orbitales 2p. El proceso se

denomina hibridación, y cada uno de los orbitales formados es un orbital híbrido.

Como en la formación de estos orbitales intervienen un orbital s y tres orbitales p, se denominan

orbitales híbridos sp3.



De este modo la configuración electrónica del átomo de carbono en el momento de combinarse

sería:

1s2 2(sp3)4

Las condiciones para que haya hibridación son:

a) Los orbitales que se hibridan han de tener energías muy próximas.

b) La energía liberada en la formación de enlaces con los orbitales hibridados ha de ser superior a la

energía que se liberaría en la formación de los mismos enlaces con los orbitales sin hibridar, y la

diferencia ha de ser mayor que la energía consumida en la hibridación.

Cumpliéndose estas condiciones, la formación de orbitales híbridos está favorecida, pues las

estructuras resultantes son más estables. Hay que hacer notar que en los átomos de carbono no

enlazados no puede hablarse de orbitales híbridos.

El carbono adopta la hibridación sp3 para formar los enlaces C—C y C—H. Ambos son enlaces :

el primero es (2sp3-2sp3), mientras que el segundo es (2sp3-1s). Los enlaces C—C son covalentes

puros mientras que los C—H presentan una polaridad pequeñísima. Son enlaces muy estables.

La hibridación sp3 no es la única que adopta el átomo de carbono, pues en la formación de enlaces

dobles, el carbono adopta la hibridación trigonal, sp2. Como indica su denominación, en la

hibridación sp2 intervienen un orbital s (el 2s) y dos orbitales p (los 2px y 2py).

En esta ocasión, los orbitales híbridos se disponen en un plano formando ángulos de 120°, siendo el

conjunto perpendicular al orbital 2pz que queda sin hibridar.

hibridación

La configuración electrónica del carbono en el momento de combinarse sería:

1s2 2(sp2) 2pz1



Este tipo de hibridación se da en los casos de formación de doble enlace: carbono-carbono, por

ejemplo, en la molécula de etileno.

El átomo de carbono aún puede sufrir otro tipo de hibridación, la hibridación digonal sp.

Como indica su nombre, en ella intervienen un orbital s (el 2s) y otro p (el 2py). En esta ocasión los

orbitales híbridos se disponen alineados formando ángulos de 180°, y dirigidos según el eje Y-O.

Los orbitales 2px y 2pz que no intervienen en la hibridación conservan su forma y posición.

hibridación

La configuración electrónica del carbono en el momento de combinarse será:

1s2 2(sp)2 2px1 2pz1

Este tipo de hibridación se da en los casos de formación de triple enlace: carbono-carbono, por

ejemplo, en la molécula de acetileno. En el triple enlace carbono-carbono, uno de los enlaces es un

enlace (2sp-2sp) y los otros dos son enlaces (2px-2px y 2pz-2pz).

El enlace triple es aún más reactivo que el doble enlace debido a la presencia de los dos enlaces .

La lectura de estos conceptos, quizás ya no te resulta extraña, lo ideal es completarla con gráficos

donde se te muestren más posibilidades de enlaces de estos lóbulos, para ir conociendo las reales

posibilidades de las uniones en que interviene el carbono. Ve las hermosas ilustraciones que traen

la mayoría de los libros de esta materia.

Cadenas carbonadas

El enorme conjunto de los compuestos orgánicos del carbono puede estudiarse atendiendo a las

formas de los distintos «esqueletos» carbonados o cadenas de carbono. Estas cadenas de carbono

llegan a formarse por la facilidad que presenta el carbono de poder unirse consigo mismo.

Los compuestos con un esqueleto en forma de cadena abierta se denominan alifáticos (del griego:

aleiphar = grasa, ya que las grasas presentan esqueleto carbonado de este tipo).

Los compuestos orgánicos también pueden presentar estructuras en forma de ciclo. Se conocen dos

clases de compuestos cíclicos: alicíclicos y aromáticos.

Los compuestos alifáticos sólo se diferencian de los alicíclicos en que estos últimos presentan la

cadena cerrada. Los compuestos aromáticos, sin embargo, presentan estructuras especiales.

Tanto los compuestos alifáticos como los cíclicos pueden presentar ramificaciones en sus

estructuras.

En las cadenas llamaremos:

Carbonos primarios, a los que están unidos a un sólo átomo de carbono (no importa que el enlace

sea simple o no);



Carbonos secundarios, terciarios o cuaternarios, a los que están unidos respectivamente a dos,

tres o cuatro átomos de carbono diferentes.

Representación de compuestos orgánicos

Los compuestos químicos se pueden representar mediante las llamadas fórmulas químicas. El

primer paso para el conocimiento de un compuesto es determinar su composición cualitativa, es

decir, los elementos que lo constituyen, lo que se consigue mediante el llamado análisis elemental

cualitativo. El conocimiento de la composición cualitativa es relativamente vago, en particular en

Química orgánica, donde un elevado número de compuestos pueden tener la misma composición

cualitativa. Este número se reduce enormemente cuando, mediante el llamado análisis elemental

cuantitativo, se determina la composición cuantitativa de una sustancia, es decir, la relación en que

se encuentran los elementos componentes de la misma.

El resultado del análisis elemental cuantitativo permite establecer la llamada fórmula empírica,

formada por los símbolos de cada uno de los elementos componentes, a los que se añaden los

subíndices enteros más pequeños, que indican la relación existente entre ellos.

1. Fórmula empírica: El símbolo CH2O representa un compuesto formado por carbono,

hidrógeno y oxígeno, en la proporción 1: 2: 1 (por sencillez, el subíndice 1 se omite en la fórmula

empírica); pero estos números no indican necesariamente el número de átomos de cada elemento

que forman la molécula, sino únicamente la relación en que se encuentran.

2. Formula molecular: Para conocer el número de átomos de cada elemento que forman la

molécula, es decir, la llamada fórmula molecular, es necesario conocer el peso molecular de la

sustancia en cuestión, que puede determinarse por diferentes métodos, como, por ejemplo,

ebulloscopía, crioscopía, osmometría, densitometría, ultracentrifugación, etcétera. La fórmula

molecular no define unívocamente a un compuesto, en particular tratándose de compuestos

orgánicos. Un determinado número de átomos pueden unirse entre sí de distintas formas para dar

lugar a diferentes compuestos. Por ejemplo, la sencilla fórmula molecular C2H4O2 puede

corresponder a tres compuestos distintos: ácido acético, formiato de metilo y aldehído glicólico.

3. Formula estructural: Para poder identificar unívocamente un compuesto es necesario indicar

los enlaces que existen entre los átomos que lo forman. Para ello, se utilizan las llamadas fórmulas

estructurales, que pueden ser, principalmente, de tres tipos:

i. Fórmulas condensadas, llamadas también lineales y en las que los pares de electrones de

cada enlace se representan por un trazo o guión, que une a los dos átomos correspondientes. En

este tipo de fórmulas se suelen omitir algunos enlaces simples, en particular los enlaces C—H, e

incluso, muchas veces, algunos dobles enlaces, poniendo los átomos ordenados para dar idea de su

forma de enlace. Por ejemplo:

CH2=CH2 CH2Cl—CH3 CH2OH—CHO.

ii. Fórmulas expandidas, o fórmulas planas, en las que se representan en el plano todos los

enlaces. Por ejemplo: Es muy frecuente en Química orgánica utilizar una mezcla de las fórmulas

condensadas y expandidas, representando sólo por trazos los enlaces más importantes o los que

tengan interés en cada tipo de reacción.

iii. Fórmulas tridimensionales, en las que se representan las direcciones de los enlaces en el

espacio mediante distintos tipos de proyecciones. Entre las más usadas se encuentran la proyección

en caballete, proyección de Newman y proyección de enlaces convencionales. La siguiente figura

muestra estos tres tipos de representación aplicados a la molécula de etano (C2H6):



Proyección en caballete Proyección modificada de

Newman

Proyección de enlaces

convencionales

Las fórmulas anteriores son las más corrientes en química orgánica, si bien existen otros tipos de

representaciones especiales, utilizados para poner de manifiesto algunas propiedades particulares,

como son, por ejemplo, los llamados diagramas moleculares, en los que se indican numéricamente

las longitudes y ángulos de enlace, e incluso la densidad de carga electrónica sobre cada átomo,

resultado de complicados cálculos mecanocuánticos.

Además de estos tipos de fórmulas, en química orgánica son muy utilizados los llamados modelos

moleculares, que son insustituibles para poder visualizar de forma muy clara la estructura

geométrica de las moléculas. Los modelos moleculares más utilizados son los llamados de bolas y

varillas, en los que las distancias de enlace están aumentadas en relación con el tamaño de los

átomos, resaltando así los ángulos de enlace y simetría molecular, y los llamados modelos de

esferas interpenetradas, que proporcionan una representación real de las moléculas, poniendo

claramente de manifiesto las relaciones espaciales, tanto entre los átomos enlazados como entre los

no enlazados:

Modelos moleculares del etano

Modelo de bolas y varillas Modelo de esferas interpenetradas

El conocimiento de la estructura molecular es de suma importancia y constituye, en la actualidad,

uno de los principales temas de investigación de numerosos químicos, puesto que todas las

propiedades fisicoquímicas de una sustancia dependen de su estructura molecular. Por otro lado, el

conocimiento de la estructura molecular de un compuesto es el punto de partida para su síntesis en

el laboratorio y posteriormente en la industria, por lo que constituye la base de muchas de las ramas

de la técnica actual. Desde la fabricación de nuevos plásticos y fibras sintéticas hasta la de

productos farmacológicos están basadas en gran parte en los conocimientos adquiridos en el

análisis estructural. Toda esta investigación se realiza, hoy en día, con la ayuda de potentes

ordenadores, que permiten la creación de auténticos "modelos virtuales" de las moléculas, los

cuales, dotados de animación, llevan los límites del realismo a extremos insospechados. Hemos

visto que los carbonos ubicados en los extremos y los que se encuentran en el medio de la cadena

pueden tener diferentes tipos de enlaces. Para la denominación de los átomos de carbono según las

ligaduras entre átomos de C tenemos:

CH3-CH2-CH3 CH

CHCH CH3 3

3 CH

CH CH3 3

3

C

CH3

Primarios en los extremos y

secundario en el medio


terciario en el medio


cuaternario en el medio



Isomería Tipos de isomería

La isomería consiste en que dos o más sustancias que responden a la misma fórmula molecular

presentan propiedades químicas y/o físicas distintas.

Los distintos tipos de isomería se clasifican según el siguiente esquema:

Isomería

Estructural o plana

De cadena

De posición

De función

Estereoisomería geométrica

Óptica

Isomería estructural o plana

La isomería estructural o plana se debe a diferencias de estructura y puede explicarse mediante

fórmulas planas.

a) Isomería de cadena

Es la que presentan las sustancias cuyas fórmulas estructurales difieren únicamente en la

disposición de los átomos de carbono en el esqueleto carbonado, por ejemplo:

Isómeros con fórmula molecular C4H10

CH3 - CH2 - CH2 - CH3 CH3 - CH(CH3) - CH3

n-butano 2-metil-propano (isobutano)

b) Isomería de posición

Es la que presentan sustancias cuyas fórmulas estructurales difieren únicamente en la situación de

su grupo funcional sobre el esqueleto carbonado. Veamos algún ejemplo:

Isómeros con fórmula molecular C3H8

CH3 - CH2 - CH2 OH CH3-CHOH-CH3

1-propanol 2-propanol

c) Isomería de función

Es la que presentan sustancias que con la misma fórmula molecular presentan distinto grupo

funcional, por ejemplo:

Isómeros con fórmula molecular C2H6O Isómeros con fórmula molecular C3H6O

CH3-CH2OH CH3-O-CH3 CH3-CH2 -CHO CH3-CO-CH3

etanol metano-oxi-metano propanal propanona

Estereoisomería: Isomería geométrica

La estereoisomería la presentan sustancias que con la misma estructura tienen una diferente

distribución espacial de sus átomos. Una de las formas de estereoisomería es la Isomería

geométrica. La Isomería geométrica desde un punto de vista mecánico, se debe en general a que no

es posible la rotación libre alrededor del eje del doble enlace. Es característica de sustancias que

presentan un doble enlace carbono-carbono: C=C, así como de ciertos compuestos cíclicos.

Para que pueda darse en los compuestos con doble enlace, es preciso que los sustituyentes sobre

cada uno de los carbonos implicados en el doble enlace sean distintos.



Es decir, que ninguno de los carbonos implicados en el doble enlace tenga los dos s sustituyentes

iguales.

Las distribuciones espaciales posibles para una sustancia que con un doble enlace son:

1. Forma cis; en ella los sustituyeres iguales de los dos átomos de carbono afectados por el doble

enlace se encuentran situados en una misma región del espacio con respecto al plano que contiene

al doble enlace carbono-carbono.

2. Forma tras; en ella los sustituyeres iguales de los dos átomos de carbono afectados por el doble

enlace se encuentran situados en distinta región del espacio con respecto al plano que contiene al

doble enlace carbono-carbono.

Por ejemplo:

Isómeros geométricos para el compuesto CH3-CH=CH-COOH

Isómero cis (Ácido isocrotónico) Isómero trans (Ácido crotónico)

De ordinario resulta más fácil transformar la forma cis en la trans que a la inversa, debido a que en

general la forma trans es la más estable.

Configuraciones y conformaciones

Como acabamos de ver, al estudiar la Isomería geométrica, hay ocasiones en que una misma

estructura molecular puede adoptar disposiciones espaciales diferentes y estables que resultan ser

isómeros espaciales separables. Estas disposiciones espaciales diferentes y permanentes reciben el

nombre de configuraciones. Así las formas cis y trans de los isómeros geométricos son distintas

configuraciones de la misma estructura.

La libre rotación en torno a un enlace simple da lugar a que las moléculas puedan adoptar un

número infinito de distribuciones espaciales interconvertibles recíprocamente sin ruptura de

enlaces. Estas disposiciones espaciales, pasajeras, y que se interconvierten con tanta facilidad que

no pueden aislarse isómeros espaciales reciben el nombre genérico de conformaciones. Dos o más

conformaciones diferentes de una misma molécula reciben la denominación recíproca de rotámeros

o confórmeros. De las infinitas conformaciones posibles por libre rotación en torno al enlace

simple, no todas son igualmente probables, dependiendo de las interacciones entre los átomos de la

misma molécula.

En el etano, que es uno de los casos más sencillos de considerar, las conformaciones más notables

son la alternada y la eclipsada. La siguiente figura muestra ambas conformaciones con distintos

tipos de representaciones:

Conformación alternada Etano (C2H6)


Newman


convencionales



Conformación eclipsada


Newman


convencionales

La conformación de mayor contenido energético es la eclipsada debido a que la repulsión entre los

átomos de hidrógeno es máxima, mientras que en la conformación alternada es mínima.

Estereoisomería. Isomería óptica

Existen sustancias que al ser atravesadas por luz polarizada plana producen un giro del plano de

vibración de la luz. Se dice que estas sustancias presentan actividad óptica. Se llaman sustancias

dextrógiras las que al ser atravesadas por una luz polarizada plana giran el plano de polarización

hacia la derecha (según un observador que reciba la luz frontalmente). Se llaman sustancias

levógiras las que al ser atravesadas por una luz polarizada plana giran el plano de polarización hacia

la izquierda (según un observador que reciba la luz frontalmente). La causa de la actividad óptica

radica en la asimetría molecular. En química orgánica la principal causa de asimetría molecular es

la presencia en la molécula de algún átomo de carbono asimétrico. El átomo de carbono asimétrico

se caracteriza por estar unido a cuatro grupos diferentes. Se acostumbra a señalar los carbonos

asimétricos con un asterisco cuando se quiere poner de manifiesto su carácter de carbonos

asimétricos:

En el caso de una molécula con un sólo átomo de carbono asimétrico son posibles dos

configuraciones distintas y tales que una cualquiera de ellas es la imagen especular de la otra. Estas

configuraciones son recíprocamente enantiomorfas.

Configuraciones enantiomorfas

(imágenes especulares)

Los enantiomorfos son isómeros ópticos, pues teniendo la misma fórmula molecular sólo se

diferencian en su acción sobre la luz polarizada. Los enantiomorfos presentan las mismas

propiedades químicas y físicas (excepto su acción sobre la luz polarizada). Una mezcla

equimolecular (igual número de moléculas) de dos enantiomorfos no presentará actividad óptica. A

esta mezcla se le llama mezcla racémica.

Grupos funcionales. Series homólogas

La adopción de nombres inequívocos y sistemáticos, a la vez que sencillos, para todos los

compuestos orgánicos es hoy en día una de las mayores preocupaciones de los químicos. El número

de compuestos orgánicos conocidos es muy elevado (más de 2.000.000) y para poder realizar su

estudio es preciso una gran sistematización a la hora de efectuar una cuidada distribución de tales

compuestos.



Se consiguió efectuar una clasificación de los compuestos orgánicos, introduciendo los conceptos

de grupo funcional y de serie homóloga. Se entiende por grupo funcional un conjunto de átomos

presente en la cadena de carbono de un compuesto y que por sus características de reactividad

define el comportamiento químico de la molécula. Cada grupo funcional definirá, por tanto, un tipo

distinto de compuesto orgánico. El conjunto de compuestos orgánicos que contienen el mismo

grupo funcional constituye una familia de compuestos.

Una serie homóloga está constituida por un grupo de compuestos con el mismo grupo funcional y

tales que cada término se diferencia del anterior y del posterior en que posee un grupo —CH2—

más y menos, respectivamente. Con estos conceptos, se puede introducir la clasificación de los

compuestos orgánicos como derivados de la serie homóloga de cadena no ramificada, de los

hidrocarburos saturados (o parafinas), por sustitución de un átomo de hidrógeno por el grupo

funcional correspondiente. En cuanto a la nomenclatura, en líneas generales, el nombre de un

compuesto orgánico está formado esencialmente por dos partes: un prefijo, que indica el número

de carbonos de la cadena y una terminación, que caracteriza la función.

La siguiente tabla muestra las principales funciones orgánicas:

CLASIFICACIÓN DE LAS SUSTANCIAS ORGÁNICAS

H

I

D

R

O

C

A

R

B

U

R

O

S

ALIFATICOS

SATURADOS PARAFINAS O Alcanos CnH2n+2

ISOPARAFINAS o Isoalcanos CnH2n+2

NO SATURADOS

OLEFINICOS o Alquenos o

Etílicos CnH2n

DIOLEFINICOS o Dienos CnH2n-2

ACETILENICOS o Alquinos CnH2n-2

CÍCLICOS

ALICICLICOS NAFTENICOS o

Cicloparafinas o Cicloalcanos

CnH2n

AROMÁTICOS o Bencenicos (CH))6

TERPENOS

MONOCICLICOS

BICICLICOS

POLITERPENOS

HETEROCICLICOS

ANILLO PENTAGONAL

ANILLO HEXAGONAL

POLINUCLEADOS

Los hidrocarburos que se muestran en el cuadro tienen dos átomos en su configuración elemental.

El átomo de carbono y el átomo de hidrogeno, ambos, el carbono y el hidrogeno se unen en todas

las ocasiones C - H y las de Carbonos asumen varias posibilidades como se a comentado en párra-

fos anteriores.

F

U

N

C

I

O

N

E

S

O

X

I

G

E

ALCOHOLES

-OH

ALIFATICOS

SATURADOS MONOVALENTES PRIMARIOS SECUNDARIOS

TERCIARIOS SATURADOS DIVALENTES SATURADOS TRIVALENTES NO SATURADOS

CÍCLICOS AROMÁTICOS FENOLES CRESOLES NAFTOLES

FUNCIÓN

CARBONILO

-C=O

ALDEHIDOS ALIFATICOS SATURADOS NO SATURADOS

ALDEHIDOS AROMÁTICOS CETONAS ALIFATICAS O AROMÁTICAS QUINONAS

ÉTERES ALIFATICOS



N

A

D

A

S

R--O--R AROMÁTICOS SATURADOS Y NO SATURADOS MIXTOS

FUNCIÓN

ACIDO

--COOH

MONOBASICOS SATURADOS Y NO SATURADOS DIBASICOS SATURADOS Y NO SATURADOS AROMATICOS MONOBASICOS Y POLIBASICOS

FUNCIÓN

ANHÍDRIDOS

R1.R2.(CO)2.O

ALIFATICOS SATURADOS Y NO SATURADOS

AROMÁTICOS FUNCIÓN

ÉSTER

R1--CO.O.R2

INORGÁNICOS SATURADOS Y NO SATURADOS DE ÁCIDOS ALIFATICOS Y

AROMÁTICOS (LÍPIDOS)

El Carbono y el Hidrogeno no están solos. En algunos compuestos los acompaña un oxigeno que da

lugar a variados enlaces y funciones orgánicas.

FUNCIONES

NITROGENADAS

AMINAS R1.NH2 R1.R2.NH R1.R2.R3

AMIDAS R.CONH2

HIDRACIDAS R.CO.NH.NH2 R==NH

NITRILOS R1.R2.NNO

DIAZOCOMPUESTOS (R1N N)+ X-

En algunas ocasiones, no pocas, también tenemos la presencia de dos o más funciones orgánicas y

en otras la presencia de algún átomo de halógenos.

F UNCIONES

MIXTAS

ÁCIDOS GRASOS HALOGENADOS X.R1.COOH

HIDROXIACIDOS U OXACIDOS RnCOH.(Rn).COOH

ÁCIDOS - ALDEHIDOS COH.Rn.COOH

ÁCIDOS - CETONAS R1.CO.R2.COOH

AMINOÁCIDOS Y PROTEÍNAS R1.CH.NH.COOH

Clasificación de los hidrocarburos

Los compuestos del carbono más simples se denominan hidrocarburos. Están constituidos

únicamente por carbono e hidrógeno, y forman la base estructural común a todos los demás

compuestos orgánicos. Los enlaces carbono-hidrógeno son siempre enlaces, muy similares en

cualquier tipo de compuestos.

Por el contrario, como ya sabemos, los enlaces carbono-carbono pueden ser de tres tipos: simples,

dobles y triples, lo que produce un comportamiento distinto en los compuestos correspondientes.

Por otra parte, la disposición de la cadena hidrocarbonada, según sea abierta (lineal) o cerrada

(cíclica), da lugar también a pequeñas variaciones en las propiedades de los respectivos

compuestos. Por último, las distintas posiciones de los elementos singulares de la molécula (enlaces

múltiples y ramificaciones de la cadena), también afectan al comportamiento de los compuestos.

Por todo ello, conviene clasificar los hidrocarburos en distintos grupos, lo que permitirá hacer su

estudio de forma más sistemática. En primer lugar, se pueden dividir los hidrocarburos en dos

grandes grupos: alifáticos y aromáticos. El carácter de aromaticidad, que estudiaremos después, se

debe a la existencia de dobles enlaces conjugados en anillos cíclicos (como el benceno), y confiere

a los compuestos ciertas propiedades características, que los diferencian de los demás, lo que

justifica su estudio como grupo propio. Los hidrocarburos alifáticos se pueden subdividir, a su vez,

en acíclicos y alicíclicos, según que la cadena hidrocarbonada sea abierta o cerrada (cíclica).

Ambos grupos comprenden tres tipos distintos de hidrocarburos: alcanos o cicloalcanos, cuando

sólo existen enlaces simples C-C; alquenos o cicloalquenos, cuando tienen algún doble enlace

C=C, y alquinos o cicloalquinos, si tienen algún triple enlace CC.



Se utilizan también corrientemente los nombres de hidrocarburos saturados o parafinas, para

designar a los alcanos, hidrocarburos etilénicos u olefinas, para los alquenos, y de hidrocarburos

acetilénicos para los alquinos; incluyendo muchas veces también a los respectivos compuestos

cíclicos.

Algunas veces, dentro de cada grupo, se distingue entre hidrocarburos lineales o normales y

ramificados, pero esta diferencia, como veremos, es relativamente pequeña. Esta clasificación de

los hidrocarburos puede verse claramente en el siguiente esquema:

HIDROCARBUROS ALIFATICOS

Son de cadena abierta y suelen denominarse alquídicos. Se dividen en saturados y no saturados. En-

tre los primeros encontramos a los alcanos, metanicos o formenicos. Entre los segundos a los al-

quenos, etilénicos u olefinas y a los alquinos o acetilénicos.

ALCANOS

Los alcanos son hidrocarburos de cadenas abiertas lineales y ramificadas donde los átomos de car-

bono se unen por enlaces o ligaduras simples. La formula general es CnH2n+2 y al metano que es el

más simple de estos hidrocarburos hay que sumarle CH2 para ir obteniendo moléculas más comple-

jas:

C = n H = 2 n + 2 Formula Denominación

1 4 CH4 metano

2 6 CH3-CH3 etano

3 8 CH3-CH2-CH3 propano

4 10 CH3- (CH2)2-CH3 butano

5 12 CH3- (CH2)3-CH3 pentano

6 14 CH3-(CH2)4-CH3 hexano

7 16 CH3-(CH2)5-CH3 heptano

8 18 CH3- (CH2)6-CH3 octano

9 20 CH3-(CH2)7-CH3 nonano

10 22 CH3-(CH2)8-CH3 decano

11 24 CH3- (CH2)9-CH3 undecano

12 26 CH3-(CH2)10-CH3 dodecano

13 28 CH3-(CH2)11-CH3 tridecano

14 30 CH3- (CH2)18-CH3 eicosano



15 32 CH3-(CH2)28-CH3 tricontano

16 34 CH3-(CH2)48-CH3 pentacontano

Disposición de los átomos de carbonos

En el metano tiene forma tetraédrica, donde el átomo de carbono está en el centro y los hidrógenos

en el vértice.- En el etano existe la unión de dos átomos de carbono por un enlace simple, que da

por resultado dos tetraedros unidos por el vértice.- En el propano deben adoptar una disposición de

zigzag para mantener su orientación tetraédrica.- En el butano la orientación adopta dos formas: bo-

te y silla.

Me pregunto. ¿Tu curiosidad ya ha sido colmada? ¿Como puedes indicar la estructura del butano

como bote o silla? ¡¡¡Intenta!!!; luego verifica en un libro de química orgánica. Te ayudo con algu-

nas ideas.

Los tres gráficos de la

izquierda muestran re-

presentaciones del me-

tano

La imagen de la izquier-

da representa como se

integra la molécula de

etano

Las tres imágenes de la

izquierda dan una idea

visual de las distancias y

formas de los enlaces

ESTADO NATURAL DE LOS HIDROCARBUROS ALCANOS

Te felicito, si haz estudiado y haz obtenido el conocimiento para estar en este punto podemos seguir

avanzando en esta ciencia. Te cuento que es en el petróleo y el gas natural donde, principalmente,

se encuentran estos hidrocarburos.

Preparación Artificial:

A) Por reducción de halogenuros de alquilo, estas son reacciones genéricas de los grupos alquídi-

cos:

Cl-CH3 + H+ --------> Cl

- + CH4

cloruro de metilo metano

I-C2H5 + H+ --------> I

- + C2H6

ioduro de etilo etano

A.1 Yoduros alquídicos hirviéndolos con magnesio

I-CH3 + Mg + H2O ------------> CH4 + IMg-OH

monoyodometano ebullición yoduro básico de magnesio



A.2 Método de reducción de Wurtz o síntesis de Wurtz

2 ICH3 + 2 Na ----------------> 2 INa + C2H6

ICH3 + C2H5I + 2 Na ----------------> 2 INa + C3H8

A.3 Reacción de Grignard (derivado halogenado sobre Mg en presencia de éter)

Cl-CH3 + Mg --eter

-seco

-----------------> CH3MgCl

CH3MgCl + H2O ----------------------------> ClMgOH + CH4

B Método de Dumas (procedimiento para preparar metano)

CH3COONa + 2 OHNa ----------------------> CO3Na2 + CH4

C Síntesis de hidrocarburos

En la segunda guerra mundial se inicio la preparación de combustibles en forma sintética, en espe-

cial las potencias que carecían de la materia prima. En Alemania se utilizo el proceso Fischer -

Tropsch.

n CO2 + (2 n + 1) H2 -------------> CnH2n+2 + n H2O

Si n = 1 =====> 1 CO2 + 3 H2 -------------> CH4 + H2O

Si n = 4 =====> 4 CO2 + 9 H2 -------------> C4H10 + 4 H2O

El proceso con catalizador de cobalto y torio a 250 °C da una mezcla de hidrocarburos saturados y

no saturados que tiene un elevado rendimiento en combustibles líquidos.

PROPIEDADES FÍSICAS

1 Los cuatro primeros son gases del quinto al decimoquinto son líquidos y los restantes son sóli-

dos.-

2 Son todos menos densos que el agua.

3 El punto de ebullición y de fusión crece con el número de átomos de carbono.

4 Todos son insolubles en agua y solubles en éter y otros hidrocarburos.

PROPIEDADES QUÍMICAS

1.- Son de poca afinidad (parafinas) o pocos reactivos

C2H6 ------- 430°C medio HNO3 ----> CH3CH2NO2 + H2O

2.- Combustión con aire y la llama, arde dando CO2 + H2O

CH4 + 2 O2 ---------> CO2 + 2 H2O + CALOR

C3H8+ 5 O2 --------->3CO2 + 2 H2O + CALOR



Ambas reacciones con llama de color azul casi transparente

CH4 + O2 ---------> CO + 2 H2O + H2 + CALOR

C3H8+ 3 O2 --------->3CO + 3 H2O + H2 + CALOR

Ambas reacciones con llama de color levemente amarillo, en el caso que el oxigeno continúe sien-

do escaso se producirá carbono y la llama se tornara pronunciadamente amarilla con crestas negras

que tiñen al contacto.

3.- Compuestos de sustitución

La mayoría de las reacciones en que intervienen el cloro presentan reacción fotoquímica, esta pro-

piedad se aplica a todos los halógenos en diferentes incidencias.- Por ejemplo:

Cl2 + CH4 -------luz difusa-------> ClCH3 + HCl

Los átomos de los halógenos dan compuestos de sustitución

4.- Cracking: Es el fenómeno que se produce en las fracciones de alto peso molecular o largas ca-

denas, por elevadas presiones y temperaturas en presencia de catalizador, se rompan originando

cadenas mas cortas.-

CH2=CH-CH3 + H2 --------------> CH3-CH2-CH3

CH3-CH2-CH3 --------------> CH2=CH2 + CH4

CH2=CH-CH2-CH3 + H2 --------------> CH3-CH2-CH2-CH3

CH3-CH2-CH2-CH3 --------------> CH2=CH-CH3 + CH4 o CH2=CH2 + CH3-CH3

5.- Deshidrogenación

CH3-CH3 ----500/700 °C + OCr ----> CH2-CH2 + H2

CH3-CH2-CH3 ----Calor + catalizador-----> CH2=CH-CH3 + H2

Derivados halogenados de los alcanos

Son compuestos que se obtienen al reemplazar uno o mas átomos de hidrogeno, en un hidrocarburo

saturado de átomos de carbono. El metano sucesivamente sustituidos sus átomos de hidrogeno por

cloro permite la formación de compuestos mono, di, tri, tetracloro metano.

CH4 + Cl2 ------------------> HCl + Cl-CH3 cloruro de metilo

Cl-CH3 + Cl2 ------------------> HCl + Cl2CH2 diclorometano

y así sucesivamente con el Cl3CH (triclometano) y el Cl4C (tetraclorometano), el primero con uso

como anestésico local, el segundo como disolvente, el tercero como anestésico general y el ultimo

como disolvente. Existen otros compuestos como el:



ClCH2-CH2Br Cl-C2H5 CH3-CH2-CH2Cl CH3-CHBr-CH3

Clorobromoetano cloroetano cloro-1-propano bromo-2-propano

F-CH3 ICH2-CH3 CH3-CH-CH2Cl CH3

Fluormetano iodoetano cloro-1-metil-2-propano

La química del carbono es muy interesante, sin embargo, debemos levantar la cabeza, recorrer algunos títulos

y pasar a Hidrocarburos etilénicos, alquenos o de doble ligadura. Los de una doble ligadura los dejo para tu

investigación y te introduzco en un grupo interesante que tiene dos dobles ligaduras y que se denominan alka-

dienos que presentan entre otros a estos compuestos.

CAUCHO SINTÉTICO

1. BUNA: BUTADIENO 1,3

n [ CH =CH-CH=CH ] =====> [-CH-CH=CHCH -CH -CH=CH-CH -]n

2. BUNA S o ESTIRENO: butadieno-bencileteno(estireno)

n [CH2 =CH-CH=CH2 + C6 H5 -CH=CH2 ] -----------> [-CH-CH=CH-CH=CH-CH2-]

C6 H5

3. NEOPRENE: Partiendo del vinilacetileno en reacción con el acido clorhídrico se obtiene cloro-

preno que con sodio da el neoprene.

HC= C-CH=CH2 + HCl --------> CH2 =C-CH=CH2

Cl

Si bien se llaman cauchos sintéticos estos productos no son iguales al caucho natural, y casi todos

han mejorado las propiedades del natural.

HIDROCARBUROS ACETILENICOS

DENOMINACIÓN: Alquinos, alcinos y acetilénicos

FORMULAS del etino

CH= C H C2H2 C= C C C

H H H H General molecular estructural electrónica (hacer)

NOMENCLATURA: Cada alquino tiene dos átomos de hidrogeno y cuatro átomos de hidrogeno

menos que el alqueno y el alcano respectivo, cambiando su terminación por ino en lugar de eno y

ano; y cuando es necesario se expresa el átomo de carbono donde se ubica la ligadura triple.-

¿Te estas familiarizando con estos bichos raros? ¿Te habrás dado cuenta que no son tan extra-

ños?; y lo que es más importante, ¡¡¡Que ya no te son raros!!! Intenta hacer otras formulas:



propino butino butino-2 metil-2 pentino-3 etil-metil-2-2 penti-

no-3

ESTADO NATURAL

No se encuentra en la naturaleza, se forman en la descomposición de sustancias orgánicas por me-

dio del calor. Se lo halla en el proceso de obtención del gas de turba o de hulla, en el gas de alum-

brado y se forma en el craking del petróleo.

PREPARACIÓN DE LOS ALQUINOS

A partir de los derivados halogenados: La triple unión entre átomos de carbono se logra eliminando

de los dihaluros vecinales (vec) o gemelos (gem) los halógenos.

Dihaluros gemelos (gem): La reacción sucede vertiendo sobre el dibromo-1-1 propano hirviendo

el hidróxido de potasio disuelto en alcohol; ahora tú plantea la reacción.

Dihaluros vecinales (vec): En este caso los átomos de halógenos se hallan en carbonos vecinos,

el hidrocarburo es el dibromo-1-2 etano. Haz la reacción.

¡¡¡¡Anímate, tú lo puedes!!!!

Ya lo hiciste, ahora veremos algunas de las propiedades físicas de estos compuestos.

PROPIEDADES FÍSICAS

COMPUESTO ESTADO DENSIDAD FUSIÓN EBULLICIÓN

Etino gas 0.00117 - 81.8 -82

propino gas 0.00178 -101.5 -23

butino-1 gas 0.66000 -122.0 18

pentino-1 liquido 0.70000 - 95.0 40

hexino-1 liquido 0.73000 -150.0 71

C7-C14 liquido

C15+ liquido

La densidad de los alquinos gaseosos es menor que la del aire, de los alquinos líquidos es menor

que la del agua. Son solubles en éter, alcohol y benceno.- En agua son insolubles con cierta excep-

ción del etino.

Detengámonos en ese cuadro, fíjate que empiezan siendo gas, al aumentar su peso molecular son

líquidos y si se polimerizan se transforman en sólidos. ¿Te animas a sacar conclusiones? Fíjate en la

columna de densidad, de punto de fusión y punto de ebullición y veras que la densidad, la tempera-

tura del punto de fusión y ebullición aumentan, ¿No te indica nada eso? Vamos anímate a sacar

conclusiones, ¿Ya lo haces? Entonces serás un buen ayudante mío, no me defraudes, por favor. Ah,

dime si recuerdas los conceptos de soluble e insoluble, repasa lo del capitulo anterior, los dicciona-

rios, también suelen ayudar, en especial, para tener bien definidas las posibles acepciones de una

palabra.

PROPIEDADES QUÍMICAS

a) Combustión (Completar)

2 H3 C -- C H3 + 5 O ------------> 4 CO2 + 2 H2 O + 332.9 Kcal



2 C2 H2 + O2 ------------> 2 H2 O + 4 C llama fuliginosa (humo)

b) Compuestos de adicción (Completar)

b.1 Adicción de halógenos

CH -C CH + Cl ------------> CH -CCl=C + Cl -------------> CH -CCl -C Propino dicloro-1-2 Propano tetracloro-1-1-2-2 propano

La primera es rápida. Si trabaja en caliente y a luz solar directa, la cloración por adicción continua

de cloro, llega hasta la obtención de derivados tetrahalogenados de los alcanos.

b.2 Adicción de los hidrógenos

(Pt)

H-C = C-H + 2 H2 ------------> H2 C=CH2 + H2 ----------------------> H3 C--CH3

Etino eteno etano

Los alquinos por acción de los catalizadores metálicos, adicionan hidrogeno.

b.3 Adicción de hidrácidos (halógenos)

CH --C CH + HF --------> CH --CF==CH fluor-2 propano

CH CH + HCl -----------> CH ==CHCl monocloroetano

(monocloro vinilo)

¡¡¡Recordar la regla de Marconikow!!!

ETINO: Davy en 1836 descubre el acetileno (llamado klumeno), Berthelot lo obtuvo puro en 1860

y en 1862 lo sintetizo.-

ESTADO NATURAL: No Existe

OBTENCIÓN:

A. Por síntesis, Berthelot lo obtuvo haciendo saltar una chispa eléctrica con un arco voltaico en

una atmósfera de hidrogeno

Descarga

2 C + H2 -----------------> C2 H2

Eléctrica

B. Tratando C Ca (carburo de calcio) con agua (Completar)

C temperatura

Ca + 2 H2 O ---------------------> H-C = C-H + (OH)2 Ca

C ambiente

A. Por métodos generales (Completar)

A partir del dibromo -1-1 etano

CH --CHBr + 2 sol. Alcohólica OHK ------------------------> 2 KBr + 2 H2 0 + C2 H2

A partir del dibromo-1-2 etano



CH Br--CH Br + sol. alcohólica 2 OHK ------------------------> 2 KBr + 2 H O + C H

PROPIEDADES FÍSICAS:

Gas incoloro, puro no tiene olor. Al prepararlo, las impurezas le comunican un olor aliáceo

(ajos).

Es mas liviano que el aire, l(un) litro pesa 1,17 gramos.

Es poco soluble en agua; muy soluble en acetona (15 en 1 a presión normal y 300 en 1 a 12

atmósferas), soluble en benceno y en alcohol).

Se licua con facilidad (0 y 25 atmósferas).

Su manejo es peligroso pues se torna explosivo; para evitar ese riesgo se lo disuelve en acetona.

PROPIEDADES QUÍMICAS: Posee las propiedades de los alquinos

1. Combustión

2 C2 H2 + 3 O2 ----------------> 2 CO2 + 2 H2 O + 2 C (llama fuliginosa)

2 C2 H2 + 5 O2 ----------------> 4 CO2 + 2 H2 O + 312 Kcal (llama oxiacetilénica)

la llama llega a una temperatura de 2.700 a 3.000 ºC

2. Mezcla explosiva: Mezclado en proporción conveniente con aire (O2 ) en contacto con una lla-

ma es explosivo.

3. Polimerización:

3 C2 H 2 -------------> C 6H6 El catalizador es un tubo al rojo

4. Hidratación: Prueba realizarla con sulfato de magnesio y acido sulfúrico.

5. Oxidación: Prueba hacerla, obtendrás etanal.

6. Adicción: Con los hidrácidos adiciona halógenos, prueba hacer alguna de ellas.

7. Carácter acido: Los hidrógenos del acetileno tienen propiedades ligeramente acidas sin llegar a

enrojecer el tornasol actuando como un acido diprótido dando acetiluros neutros o ácidos.-

H-C = C-H + 2 AgNO4 + 2 NH3 -------> AgC = CAg + NO3 NH4

Al burbujear acetileno en una solución amoniacal de nitrato de plata precipita el acetiluro blanco de

plata.-

H-C = C-H + 2 ClCu + 2 NH3 -------> CuC = CCu + 2 ClNH4

Acetiluro rojo de cobre; ambos acetiluro detonan por efecto de un golpe o una llama.

USOS: Soldadura autógena o corte oxiacetilénico. Iluminación: El quemador tiene forma de mari-

posa con muchos orificios de pequeño calibre para no dar llama fuliginosa. El monocloroeteno o

cloruro de polivinilo se emplea para preparar plásticos vinílicos.- La polimerización del cloruro

realizada en emulsión y suspensión en agua obteniéndose en forma de polvo blanco muy fino o en



granos.- A 160 -170ºC se vuelve plástico y al solidificarse se forma un producto muy duro con ele-

vadas propiedades mecánicas, insoluble en la mayoría de los disolventes e inerte a los agentes quí-

micos. El acetileno puro se emplea como anestésico total con el nombre de narcileno. Se usa para

preparar etanal (ver mas atrás). Se emplea en la preparación de isopreno.

HC=CH + H2 C=CH2 ------------------> HC=C-CH=CH2

etino eteno vinilacetileno

HC=C-CH=CH 2 + H 2 -------------------> (intente)

No todo se termina allí, los hidrocarburos existen en otras formas como los casos de anillos o ci-

clos, aquí mismo; a continuación; lo veremos.

HIDROCARBUROS CICLANICOS O ALICICLICOS (CICLOALCANOS-CICLOPARAPARAFINAS-NAFTENOS O HIDROCARBUROS NAFTENICOS)

Son los hidrocarburos de cadena cerrada o cíclica y saturada, te doy sus nombres, tú haces el ciclo,

jugamos:

ciclopropano ciclobutano ciclopentano ciclohexano

NOMENCLATURA: El mismo nombre del alcano de igual numero de átomos de carbono, precedi-

do por la palabra ciclo.

FORMULA GENERAL: Cn H2n. Son isómeros de los alquenos, te das cuenta.

ESTADO NATURAL: En todos los petróleos y en especial los denominados de base naftenica.

PREPARACIÓN y obtención:

Del petróleo (por destilación)

Por síntesis: Método de Wurtz o sea se parte del derivado dibromado del alcano que posea igual

número de átomos de carbono que el ciclo alcano que se quiere preparar.

PROPIEDADES FÍSICAS:

COMPUESTO ESTADO PE C PF C DENSIDAD

Ciclopropano gas -34.4 -126.9 0.770

Ciclobutano liq. 13 -50 0.700

Ciclopentano liq. 49.5 -94.4 0.746

Ciclohexano liq. 81.5 6.5 0.771

Cicloheptano liq. 118.1 -12 0.810

Ciclooctano liq. 149 14.4 0.830

Te animas a analizar esta tabla, a veces la naturaleza nos da valores inesperados ¿Me entiendes?

PROPIEDADES QUIMICAS:

I. El ciclopropano y el ciclopentano abren el ciclo con facilidad y dan compuestos de adicción:

A. Adicción de bromo,

B. Adicción de hidrogeno,



C. Adicción de acido bromhídrico

II. Del ciclobutano, en adelante, los cicloalcanos dan compuestos de sustitución ya que no se abren

por adicción de bromo, del HBr, ni del HCl, ni siquiera en presencia de catalizadores. Esto quiere

decir que su molécula es más estable y ha sido explicado, por la teoría de las tensiones de Bayer,

que expresa: cualquier desviación del ángulo de 109º 28' producirá una tensión interna y una ines-

tabilidad en su molécula.

Ciclohexano Ciclohexano

Forma de S o de silla Forma de bote o C (cuna o tina)

HIDROCARBUROS AROMÁTICOS O BENCENICOS

Se denominan así a los hidrocarburos que se relacionan con el benceno. El benceno fue descubierto

por Faraday, en 1825 y lo extrajo del gas de alumbrado (lo llamo bicarburo de hidrogeno), Laurent

en 1836, por el poder luminoso de su llama, lo llamo feno, del griego luminoso y Liebig lo deno-

mino benzol por su carácter aceitoso.

Estructura de la molécula de benceno:

Composición centesimal y formula mínima: C=92.3% H=7.7% y CH PMm= 13

Formula molecular: (CH)6 peso molecular = 78

Estructura de la molécula de benceno: Augusto Kekule Von Stradonitz (l829-1896) estableció la

formula hexagonal. Según Heidelberg en 1926, no existen dos isómeros del benceno sino una es-

tructura resonante, donde los enlaces dobles oscilan alternativamente entre los átomos de carbonos

vecinos. En una ligadura simple las distancias C-C es de 1.52 Å y en una ligadura doble es de 1.34

Å y en el benceno es de 1.42 Å, por lo que el benceno es un híbrido en resonancia o mesonero

(meso = medio) y se representa por:

benceno nitrobenceno fenol ortoxileno

OBTENCIÓN DEL BENCENO: Por destilación seca del alquitrán de hulla que calentada en retortas

a 120 grados centígrados da:

Gaseosos: gas de alumbrado

aguas amoniacales

Productos volátiles líquidos aceites livianos 40-160ºC

aceites medios 160-240ºC

Alquitrán aceites pesados 240-270ºC

aceites de antraceno 270- 370ºC

pez de alquitrán (50-60%)

Productos sólidos coke



El benceno predomina en los:

Aceites livianos del alquitrán de hulla.

En los petróleos de base aromática principalmente. En este caso se destila en fraccionadora de

cortes estrechos.

El benceno se obtiene:

Por síntesis a partir del etino:

Por procesos de crakeo de petróleo de cadenas largas que se rompen.

Reacción química del benzoato de calcio con el hidróxido de sodio.

Reacción química del fenol con zinc.

1. Reacción de Grignard.

Inténtalo

bromuro de fenilo bromuro de fenil magnesio bromuro básico de magnesio

PROPIEDADES FÍSICAS: Es un liquido incoloro de olor agradable, menos denso que el agua, in-

soluble en ella y soluble en alcohol, acetona, éter etílico y otros solventes orgánicos. Es solvente de

grasas, yodo, azufre y caucho.

PROPIEDADES QUÍMICAS: Es muy inflamable. En el aire la llama es fuliginosa. Si la llama inci-

de sobre superficie fría se forman copos espesos de humo y si la combustión es completa la reac-

ción es: (continuamos intentando)

REACCIONES DE ADICCIÓN

Adicción de Hidrogeno

La molécula de benceno, es muy resistente a la adicción de hidrogeno, pero una vez iniciada llega a

dar ciclo hexano.

+ 3 H --------------------------

Adicción de Halógenos

------

De este compuesto existen nueve estereoisomeros posibles. El isómero Ù es un activo gammexa-

ne usado como insecticida. Su formula espacial es:

4 átomos de cloro sobre el plano hexagonal

2 átomos de cloro debajo del plano hexagonal

REACCIONES DE SUSTITUCIÓN:

1 derivado mono sustituido 3 isomeros

Bisustituidos 3 isómeros trisustituidos

Orto Meta Para Vecinal Asimétrico Simétrico



Halogenación

Formación de DDT

Nitración

Sulfonación

Reacción de Fridel y Crafts

Pirolisis

USOS: Se emplea para fabricar anilina o fenilamina y nitrobenceno o esencia de nirvana. Se puede

usar para fabricar negro de humo.

COMPUESTOS BENCENICOS (Haz la formula estructural)

cloro benceno nitro benceno metil benceno metil-1-etil-2-benceno Dimetil-1-2-etil-

benceno

Metil-1-propil-4 Etil-5-

benceno o-dimetil benceno p-metil-etil benceno trimetil benceno simé-

trico trifenil metano

Monofenol o-difenol Benceno nitro amino benceno alcohol bencilico aldehído benzoico

PROPIEDADES DE LOS HIDROCARBUROS AROMÁTICOS

AROMATICOS FORMULA FUSIÓN EBULL. DENSIDAD

Benceno C6 H6 5.5 80.1 0.8787

Tolueno C6 H6 CH3 -95.2 110.6 0.8665

o-xileno 1,2 C6 H4 (CH3)2 -25.2 144.2 0.8801

m-xileno 1,3 C6 H4 (CH3)2 -47.9 139.1 0.8642

p-xileno 1,4 C6 H4 (CH3)2 13.3 138.3 0.8610

Etilbenceno C6 H5 C 2H3 -94.9 136.1 0.8671

mesitileno (1,2,3) 1,2,3 C6 H3 (CH3)3 -25.5 176.1 0.8947

mesitileno (1,2,4) 1,2,4 C6 H3 (CH3)3 -44.1 169.3 0.8762

mesitileno (1,3,5) 1,3,5 C6 H3 (CH3)3 -44.8 164.7 0.8637

N-propilbenceno C6 H5 C 2H4 CH3 -99.2 159.2 0.8621

Cumeno C6 H5 CH(CH3)2 -96.1 152.4 0.8623

n butilbenceno C 6H5 (CH2)3 CH3 -81.2 183.3 0.8604

P-cimeno 1,4 CH3 C6 H4 CH(CH3)2 -68.9 176.9 0.8571

Estireno C6 H5 C H=CH2 -30.6 143.0 0.9057

Estilbenceno C6 H5 CH=CHC6 H5 124.0 307.0

tolano C6 H5 C = CC H 62.5 300.0

AROMÁTICOS CONDENSADOS

Existen varios hidrocarburos que contienen dos o mas grupos bencenicos en los que dos átomos de

carbono son comunes a los dos anillos.



Naftaleno antraceno fenantreno Indeno

El último es un hidrocarburo con dos anillos diferentes que se obtiene del alquitrán de hulla y que

se polemiza dando resinas de indeno utilizadas en barnices.

COMPUESTOS HETEROCICLICOS

En los compuestos heterocíclicos tenemos los hidrocarburos cíclicos en los que un CH está susti-

tuido por un átomo diferente.

Podemos hacer una diferencia inicial por la forma de sus moléculas; las hay pentagonales y las

hexagonales.

No obstante, no se consideran compuesto heterocíclicos aquellas sustancias como el oxido de etile-

no y el anhídrido succínico.

CH2CH

2

O

CH2CH

2

CO CO

O

Los compuestos heterocíclicos pentagonales son el furano que es un líquido muy volátil que se en-

cuentra en el alquitrán de madera de pino. El tiofeno que es un líquido que se encuentra en él ben-

ceno y el pirrol que se encuentra en el alquitrán de hulla.

HC CH

HC CH

S

HC CH

HC CH

NH

furano tiofeno pirrol

Existen otros compuestos que presentan dos o más heteroatomos; entre ellos tenemos, los siguien-

tes:

HC CH

HC

NH

N

furfural pirazol imidazol

HC CH

NH

NOC

HC CH

S CH

N

CH

N

HC

OC N

CH

C H

3

6 5

CH3

pirazolona tiazol antipirina

Ahora veremos algunos de los compuestos heterocíclicos de forma hexagonal:



N

N

COOH

O

piridina pirimidina ácido nicotinico pirano

Los heteroatomos no son pocos, como todos los hidrocarburos y sus derivados son miles, la idea

que deben llevarse a su valija de conocimientos es que la presencia de uno, dos o más átomos dis-

tintos a los carbonos e hidrogeno da siempre lugar a los heteroatomos alifáticos y en el caso de los

cíclicos también. La presencia dentro del anillo sea de cinco o seis vértices, este sola la estructura

cíclica o condensada con otro u otros ciclos da lugar a un compuesto clasificado dentro de los com-

puestos orgánicos de hidrocarburos heterocíclicos.

TRABAJO PRÁCTICO

Sustancias orgánicas: Identificación, nomenclatura y cuantificación molecular.

BIBLIOGRAFÍA OBLIGATORIA

Apuntes de la cátedra

BIBLIOGRAFÍA DE CONSULTA

547B5796J1 - QUÍMICA ORGÁNICA: Biasoli

547F49116J1 - QUÍMICA ORGÁNICA: Finar

547N794q - QUÍMICA ORGÁNICA: Noller

547G216 - QUÍMICA ORGÁNICA: García Reviere

547N794u - QUÍMICA DE LOS COMPUESTOS ORGÁNICOS: Soller

La Química de las sustancias orgánicas es apasionante. Encontrarás sentido a tú

estudio, en la medida que avances en la interpretación de las descripciones que se

hacen en los libros de texto. Por favor, si ves un libro interesante de química orgá-

nica en la biblioteca y que merezca ser agregado a la lista anterior. ¡Avísame! Los

químicos describen sus vivencias en ellos, si tu los lees, descubres un mundo que

permanece oculto para la mayoría de los seres humanos. Intento que conozcas ese

mundo. Nos vemos en las aulas, en la biblioteca, en los pasillos o en la vida:

Daniel Italo Soldani

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QUÍMICA ORGÁNICA Consideraciones Previas · 2019-03-25 · Estructura electrónica del carbono Al átomo de carbono con número atómico 6 le corresponde la configuración electrónica: