Q U Í M I C A O R G Á N I C A

COMPUESTOS DE CARBONOLa naturaleza química del Carbono y su enorme capacidad para enlazarse, consigo mismo y conotros átomos genera millones de estructuras diversas y posibles donde el límite es la imaginaciónhumana, pudiendo sintetizarse moléculas casi a pedido. Ejemplo de esto son los compuestos quese ilustran: Grafeno y Oseltamivir.El Grafeno es un compuesto de estructura infinita pero con sólo un átomo de espesor, fueobtenido y descrito en 2004 por un grupo de científicos rusos e ingleses. En 2010 K. Novosélov yA. Geim recibieron el premio Nobel de física por su descubrimiento y estudios posteriores. ElGrafeno tiene aplicaciones potenciales como sustituto del Cobre en los cables de aviones y navesespaciales y como sustituto del silicio en la fabricación de microprocesadores.El oseltamivir también es conocido como Tamiflú®, se ocupa en el tratamiento de la influenza Ay B e hizo su aparición más importante durante la epidemia conocida como influenza humanaAH1N1 a mediados del 2010.

CURSO: QUÍMICA MENCIÓN

MATERIAL QM Nº 25

2

LA QUÍMICA ORGÁNICA

Los compuestos cuya base estructural es el carbono se denominan orgánicos y son bastantecomunes e importantes.

Ejemplos hay muchos:

El alcohol es un ejemplo, su uso es muy cotidiano, como bebida e incluso en los hospitales.

El vinagre (ácido acético), es un condimento habitual en nuestras comidas, y por cierto, lo

usamos a diario.

El azúcar común es un hidrato de carbono vital.

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

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

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

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

EL CARBONO

Dado que la columna vertebral de los compuestos orgánicos es el Carbono es conveniente repasarsus características, geometría, capacidad de enlace y agregar formas nuevas de representargráficamente la estructura de las moléculas.

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

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

Se puede decir entonces que:

1º Los átomos de Carbono presentan 4 electrones de valencia.

2º Los 4 electrones pueden actuar formando enlaces, por lo tanto, el Carbono es un átomotetravalente.

3º Los átomos de Carbono se pueden enlazar entre sí formando cadenas.

Examinemos las fórmulas estructurales y las maneras condensadas de dibujar las moléculasorgánicas:

H

H

H

H

C H 4C

M e ta n o

3

Aquí tenemos dos dibujos uno con los enlaces explícitos y otro donde sólo informamos laestructura.Para la estructura del butano en cambio, se ilustran las formas antes vistas y agregamos unanueva manera de dibujar, mucho más útil pues permite dibujar moléculas grandes sincomplicación alguna.

En esta forma esquemática cada vértice corresponde a un átomo de Carbono, losátomos de Hidrógenos no se dibujan y los enlaces entre Carbonos se representan conlíneas, una en el caso de un enlace simple, dos líneas para uno doble y tres líneas parauno triple.

H

H

H

H

H H

H H

H

H

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

B u ta n o

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

H

H

H

H

H H

H

H

C C C C

1 - B u te n o

Fórmulas Estructurales Espaciales

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

tendrá geometría tetraédrica con ángulos de enlace de 109.5º.

HH H

H

C1 0 9 . 5 º

M e t a n o

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

C C

H

H

H

H

1 1 7 . 2 º

1 2 1 . 4 º

E t e n o

4

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

HH C C

1 8 0 º

E t i n o

Enlace entre carbonos

Como ya se vio, los enlaces entre Carbono pueden ser simples, dobles o triples, para formar cadauno de ellos se utilizan distintas uniones llamadas (sigma) y (pi).

Enlace : Se forman cuando dos orbitales híbridos, o un híbrido y un orbital s interaccionan defrente.

Enlaces sigma

Enlace : Se forman cuando dos orbitales p, paralelos, interaccionan formando una unión. Apesar de la forma del dibujo, esto representa sólo una unión.

Un Enlace pi

Carbono sp3: es aquel presenta únicamente enlaces σ (sigma), como el metano.

C HHH

H

Metano

5

Carbono sp2: es aquel presenta además de los enlace sigma, un enlace (pi), como loscarbonos del eteno.

Ejemplo:

H

H

H

H

C C

H H

H H

Eteno

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

Dos enlaces :

Ejemplo:

C CH H

Etino

H HHH

6

CARBONO PRIMARIO, SECUNDARIO, TERCIARIO Y CUATERNARIO

Un átomo de carbono es llamado primario cuando está unido solamente a otro átomo de carbono.

H H H

HH

H H H

C C C

P r o p a n o

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

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

C H 3

C H 3

CH 3

H

C

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

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

C H 3

C H 3

CH 3

C H 3

C

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

7

CADENAS HIDROCARBONADAS

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

a) Cadenas abiertas (alifáticas o acíclicas)

Ejemplo:

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

n - heptano

CH 3 CH CH C H 3

C H 3

C H 3

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

b) Cadenas cerradas, también llamadas cíclicas.

Ejemplo:

C H 2

C H 2CH 2

C H

C H

C H

C H

CH

CH

ciclo propano benceno

c) Cadenas mixtas

Ejemplo:

CH 2

C H 2

C H 3

C H 3

1 , 3 dietil ciclohexano

Tipos deCadenas

Abiertas(Alifáticas)

Cerradas(Cíclicas) Mixtas

8

CLASIFICACIÓN DE LAS CADENAS ALIFÁTICAS

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

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

n - hexanolineal

CH 3 CH C H 2 C H C H 3

C H 3

CH 3

2,4 dimetil pentano

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

CH 3 C H C H 2 C H

O H

C H C H 3

CH 3

C H 3

saturada

CH 3 C C H C C C H 3

C H 3

insaturada

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

CH 3 C H 2 C H C H 3

O H

CH 3 C H 2 O C H 3

homogénea heterogénea

CadenasAlifáticas

Normal oRecta

Saturada Homogénea

Ramificada Insaturada Heterogénea

9

CLASIFICACIÓN DE LAS CADENAS CÍCLICAS

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

saturada insaturada

Homocíclica Sólo átomos de carbono.Heterocíclica Hay heteroátomo.

N

N

O

homocíclicas heterocíclicas

Las cadenas homocíclicas pueden también ser:

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

N

AROMÁTICAS

ALICÍCLICAS(NO AROMÁTICAS)

CadenasCíclicas

Saturada Homocíclica Aromática

Insaturada Heterocíclica Alicíclica

10

ALCANOS (HIDROCARBUROS PARAFÍNICOS)

FÓRMULA GENERAL: CnH2n+2

Algunas propiedades

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

De 1 a 4 carbonos por molécula son gases. De 5 a 16 átomos de carbonos por moléculasson líquidos y los que tienen más de 16 átomos de carbono por molécula son sólidos.

La densidad de los alcanos líquidos es menor que la del agua. Los alcanos son moléculasno polares y prácticamente insolubles en agua.

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

CH3 CH2 CH3

PROPANOcomponente del gas licuado

ALCENOS O ALQUENOS(OLEFINAS)

Son hidrocarburos alifáticos insaturados con al menos una instauración.

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

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

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

Algunos ejemplos corrientes de alquenos:

CH 3C H 2

C H 3 C H 2

Mirceno

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

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ALQUINOS O ALCINOS (HIDROCARBUROS ACETILÉNICOS)

Son los hidrocarburos alifáticos con enlace triple.

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

Ejemplos:

HH C C C C1,3-Butadiinoo Diacetileno

Presente en la atmósfera ricaen carbón de Urano, Neptunoy Plutón

Algunas propiedades de alquenos y alquinos

Al igual que los alcanos, los alquenos y los alquinos son insolubles en agua y flotan en ella.

Los alquenos y los alquinos experimentan un mayor número de reacciones químicas quelos alcanos, ya que poseen enlaces múltiples, los cuales son muy reactivos. Estoscompuestos presentan generalmente reacciones de adición, y por tanto es posiblesaturarlos de átomos de hidrógeno.

Una de las características más excepcionales de las moléculas de alquenos (y de alquinos)es que se puede adicionar unas a otras para formar moléculas grandes llamadas polímeros.

CICLOALCANOS Y CICLOALQUENOS

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

Su fórmula general es: CnH2n

Ejemplo:

Ciclopropano Ciclobutano Ciclopentano Ciclohexano

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

Fórmula general: CnH2n-2

Respecto de insaturaciones en moléculas orgánicas

Tanto un doble enlace (ya sea entre carbonos o entre un carbono y otro átomo) comoun ciclo se consideran cada uno una insaturación molecular (no confundir con lainsaturación de cadena). Un triple enlace es considerado como dos insaturacionesmoleculares.

12

NOMENCLATURA ORGÁNICA

Se puede dividir el nombre oficial (I.U.P.A.C.) de un compuesto orgánico en tres partes:

PREFIJO - MEDIO - SUFIJO

a) El prefijo indica el número de átomos de carbono que el compuesto tiene en su cadenaprincipal.

Nº DE ÁTOMOS DECARBONO PREFIJO

12

3 4 5 6 7 8 9101112132021222330

METET

PROPBUT

PENTHEXHEPTOCTNONDEC

UNDECDODECTRIDEC

ICOSHENICOSDOCOSTRICOS

TRIACONT

Cuando se trata de una cadena cíclica, se antepone la palabra CICLO antes del prefijo.

b) La parte media se refiere a la saturación de la cadena de carbonos.

an : cadena saturada (sólo enlaces simples).

en : cadena insaturada con un enlace doble.

in : cadena insaturada con un enlace triple.

dien : cadena insaturada con dos enlaces dobles.

diin : cadena insaturada con dos enlaces triples.

enin : cadena insaturada con un enlace doble y uno triple.

c) El sufijo, indica la función orgánica a la que pertenece el compuesto. Así por ejemplo, si esun hidrocarburo tendrá el sufijo o, si es una cetona será ona, el aldehído es al, etc.

13

RADICALES ORGÁNICOS

Son fragmentos moleculares ubicados fuera de la cadena principal (central). Poseen unanomenclatura especial que los identifica. Lo corriente es:

Prefijo: número de átomos de carbono que contiene. Sufijo: terminación IL. Algunos radicales con estructura más compleja reciben nombres comunes.

Algunos radicales comunes (se incluyen ambas formas de nomenclatura)

CH3

CH3

CH3 CH2

CH3

CCH3 CH3CH3

CH2CH2

CH2CH3

Cl

metil

etilisopropil

n-propil

secpropil

ter-butil

o

n -butil

fenil

cloro

ciclopentil

NOMENCLATURA DE HIDROCARBUROS

Los hidrocarburos se caracterizan por ser compuestos formados solamente por átomos de carbonoe hidrógeno. Existen cadenas de hidrocarburos alifáticas y cíclicas, más aún, los hay saturados einsaturados. Sin embargo, su nomenclatura es semejante.

El sufijo utilizado para nombrar los hidrocarburos es O.

Para facilitar su nomenclatura, analizaremos cada uno de los distintos tipos de hidrocarburosexistentes:De acuerdo con el tipo de cadena, se conocen:

1. ALCANOS

2. ALQUENOS

3. ALQUINOS

4. ALCADIENOS

5. CICLOALCANOS

6. CICLOALQUENOS

7. AROMÁTICOS

14

REGLAS DE NOMENCLATURA

1. Se debe elegir la cadena más larga dándole mayor prioridad a aquella que:

a) Contenga más enlaces múltiples.b) Presente mayor cantidad de átomos de carbono.c) Presente mayor cantidad de radicales.

Los criterios para escoger la cadena más larga se aplican en estricto orden y en cuanto uncriterio se cumple la selección queda hecha.

2. Se debe numerar la cadena desde el extremo más cercano al:

a) Doble enlace.b) Radical.

El criterio se sigue según la estructura de la molécula.

3. Se nombran los radicales indicando su posición, esta es el número del Carbono de lacadena principal al que se encuentra unido.

4. Se nombra la cadena principal, indicando el número de carbonos y la posición de losenlaces múltiples (si los hay).

5. Se arma el nombre de la molécula partiendo por los radicales (en orden alfabético) yluego la cadena principal.

Ejemplo 1:

CH3CH2

CH2CH2

CH3

La cadena es lineal, sin ramificaciones (radicales), contiene 5 carbonos, pent, sólo presentaenlaces simples, an, es un hidrocarburo, terminación o. El compuesto es el pentano.

15

Ejemplo 2:

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

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

12

3

4 56

7

8

9

10

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

metil propil

metil etil

4. Alfabetice los sustituyentes. Etil metil propil

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

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

Ejemplo 3:

1

2

34

56

78

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

La cadena más larga posee sólo 8 átomos carbonos pues el doble enlace tiene prioridad y debeestar dentro de la cadena principal, en este caso entonces se elige la cadena más larga quecontiene al doble enlace. La numeración parte desde el extremo más cercano al doble enlace. Lanumeración del doble enlace se indica sólo con el número más pequeño que lo contiene.

El compuesto entonces se nombra como 3-butil-2-octenoEjemplo 4:

3- Propil-1,4-Hexadiino

12

3

4

5

6

16

Se consideran a los triples enlaces como lo más importante de la estructura y se les da prioridadde numeración, el resto es un radical. Nótese que la posición de los triples enlaces se indica sólocon los números más pequeños, 1 y 4.

Ejemplo 5:

CH3

1

23

4

5

3-metil-1-ciclopenteno

3-metil ciclopenteno

El doble enlace es más importante que el radical, por lo tanto, tiene la prioridad en la numeración.El número 1 para indicar la posición del doble enlace puede obviarse, ya que, en un ciclo lo másimportante siempre queda en el número 1. En la cadena se antepone el prefijo ciclo para indicarque es una estructura cerrada.

Ejemplo 6:

12

3

45

6

7

5-ciclohexil-2-metil-2-hepteno

Se considera al doble enlace como lo más importante, con ese criterio se elige la cadena principaly se da la numeración. El ciclo en este caso es sólo un radical, por eso termina en il

IMPORTANTE:

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

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

Ciclobutano < ciclopropano

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

Isopropil < propil butil < terbutil

17

FUNCIONES ORGÁNICAS

A pesar de la pequeña cantidad de átomos que se pueden enlazar para formar moléculasorgánicas, la gran variedad de enlaces y la diversidad de estructuras dan origen a múltiplesfunciones orgánicas distintas. Las funciones orgánicas aparecen cuando la molécula posee enlacesmúltiples o heteroátomos, o sea, átomos distintos a carbono e hidrógeno.

R R R´R X

R NH2

R

R R´

RR

R R´

R R´

R1 R2

R3R4

Funciones OrgánicasAlquinos

Éteres

Alquenos

AminasAlcoholes

Cetonas

Aldehídos

Amidas

Halurosde ácido

ÉsterÁcidos Carboxílicos

CO2H CO2

CO

CO

COH

CO

OHNH2

O

C C

C C

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COMPUESTOS AROMÁTICOS

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

Ejemplos:

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

El núcleo bencénico puede ser la cadena principal o ser considerado como radical, en cuyo casodebemos llamarlo fenil. En la nomenclatura de los aromáticos, se debe destacar la posibilidad detres isómeros de posición, de acuerdo con los grupos unidos al benceno. Veremos más adelante ladefinición de isomería. Grupos unidos en carbonos vecinos 1 y 2 determinan el isómero ORTO.Grupos unidos en carbonos 1 y 3 corresponden al isómero META y si la posición de los grupos esen los carbonos 1 y 4 tenemos el isómero PARA.

OH

OH

OH

OH

OH

OH

2-Hidroxi fenol 3-Hidroxi fenol 4-Hidroxi fenol

orto hidroxi fenol meta hidroxi fenol para hidroxi fenol

Pirocatecol Resorcinol Hidroquinona

FUNCIONES ORGÁNICAS

CON HETEROÁTOMOS

1. DERIVADOS HALOGENADOS

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

CH3Cl CH2Cl2 CHCl3 CCl4

ClorometanoCloruro de metilo

DiclorometanoCloruro de metileno

TriclorometanoCloroformo

TetraclorometanoTetracloruro de carbono

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

19

2. Éteres: (sufijo: ÉTER)

R O R ´

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

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

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

CH3 O CH3O CH3

CH3 O

Metoxi metano

CH3 CH2 CH2

Dimetil éter Metil propil éterMetoxi propano

Fenil metil éterMetoxi benceno

3. Aminas

R NH2 R NH

R´ R NR´

R´´Primaria Secundaria Terciaria

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

CH 3 N H 2 CH 3 CH

C H 3

N H 2N H 2

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

Para nombrar las aminas debemos primero identificar los fragmentos radicales unidos algrupo AMINA y escribirlos con la nomenclatura tradicional.

Cuando la AMINA no sea la función principal debemos llamarla como un radical, esto es,con el nombre de AMINO.

Cuando la AMINA esté unida en forma directa a un anillo bencénico se le denominaANILINA.

20

4. ALCOHOLES: (sufijo: OL)

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

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

monoalcohol un grupo OH

dialcohol o diol dos grupos OH

polialcohol n grupos OH

Ejemplos:

CH 3 O H

O H

CH 2

O H

CH 2 CH

O H

OH

C H 2

O H

C H 2C H 2

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

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

Respecto a la posición del grupo – OH, un alcohol puede ser:

primario: OH unido a un carbono primario (etanol). secundario: OH unido a un carbono secundario (isopropanol). terciario: OH unido a un carbono terciario (terc butanol)

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

5. FENOLES: (sufijo: FENOL)

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

Ejemplos:

OH

CH3

OH

Cl

OHCOOH

Para metil fenol Meta cloro fenolÁcido orto hidroxi benzoico

Ácido salicílico

21

FUNCIONES ORGÁNICAS CARBONÍLICAS (GRUPO CARBONILO)

C

O

El grupo carbonilo en sí, no es una función orgánica, pero dado que aparece en tantoscompuestos distintos, se ha estudiado mucho tanto su reactividad química como su formación. Engeneral, la presencia de un carbonilo hace que la molécula sea susceptible a presentar reaccionesde adición.

6. CETONAS: (sufijo: ONA)

RO

R´C

Son compuestos carbonílicos, presentan el grupo C=O en medio de la cadena, entre dosátomos de carbono. El uso principal de las cetonas en la industria es el de solvente para unainfinidad de reacciones químicas.

Ejemplos:

O O

O

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

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

CH3

CH3CH3

O

Alcanfor

CH3

O

CH3 CH2

CarvonaAceite de menta

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

22

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

7. ALDEHÍDOS: (sufijo: AL)

RO

HC

A diferencia de las cetonas los aldehídos presentan al carbonilo en un extremo, usualmente,se abrevia como CHO.

En los aldehídos, el grupo carbonilo está en un extremo de la cadena carbónica.

Los aldehídos se obtienen por la oxidación parcial de alcoholes primarios.

Ejemplos:

O O

C H O

C H 3 CC H 2 C H 2 HH HC

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

O

H

CinamaldehídoAroma de la canela

O

H

BenzaldehídoAceite de almendras

8. Amidas: (sufijo: AMIDA)

RO

N H 2 RO

NH

RC C

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

O O

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

B u ta n a m id a

C H 3 CC H 2 N H

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

23

9. Ésteres: (Sufijo: ATO)

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

Ejemplos de ésteres:

O

O C H

C H 3

C H 3

O

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

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

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

10. Ácidos Carboxílicos: (sufijo: OICO)

RO

OHC

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

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

Ejemplos:

O

OH H

O

OH

COOH

CH3 C C

Ácido etanoicoÁcido acético

Vinagre

Ácido metanoico

Ácido órmico Ácido benzoico

24

PRIORIDADES DE LOS GRUPOS FUNCIONALES

FUNCIÓN FÓRMULA PRIORIDAD PREFIJO SUFIJO

ÁCIDOSCARBOXILICOS

-COOH 1 carboxi -carboxilico-oico

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

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

AMIDAS -CO-NH2 5 carbonil -carboxamida-amida

ALDEHIDOS -CHO 7 formil -carbaldehído-al

CETONAS -CO-R 8 oxo -ona

ALCOHOLES -OH 9 hidroxi -ol

AMINAS -NH2 10 amino -R-amina

ETERES -O-R 11 R-oxi -R-éter

ALQUENOS – C =C – 12 en -eno

ALQUINOS – C C – 13 in -ino

HALOGENOS – X 14 halo ---

NITROCOMPUESTOS -NO2 15 nitro ---

RADICALESALQUILICOS -R 16

nombre delradical

---

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

25

ISOMERÍA ESPACIAL (ESTEREOISOMERÍA)

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

ISÓMEROS FUNCIONALES

FUNCIONES ORGÁNICAS Y SUS PARES ISÓMEROS

ALCOHOL - ÉTER (Cn H2n+2 O)

CETONA - ALDEHÍDO (Cn H2n O)

ÁCIDO CARBOXÍLICO - ÉSTER (Cn H2n O2)

HIDROCARBUROS ISÓMEROS

CICLOALCANOS - ALQUENOS (CnH2n)

CICLOALQUENOS - ALQUINOS - ALCADIENOS (CnH2n-2)

ISÓMEROS ESPACIALES

Existen dos casos de isomería espacial, o sea, con los radicales en distinta orientación espacial.

Isomería geométrica

Isomería óptica

ISOMERÍA GEOMÉTRICA (isomería E, Z)

Se puede presentar sólo en aquellas moléculas que tienen dobles enlaces asimétricos, pues lageometría trigonal plana del carbono del doble enlace le permite, a veces, disponer espacialmentelos radicales de dos maneras distintas.

A las distintas formas en que se puede ordenar el doble enlace se les denominó en un principio cisy trans, utilizado en un principio sólo para alquenos disustituídos.

C C

H

Cl

H

Cl

C C

Cl

H

H

Cl

Cis-2-Cloro Eteno Trans-2-Cloro Eteno

Pto. Fusión = - 80 °CPto. Ebull. = 60 °C

Pto. Fusión = - 50 °CPto. Ebull. = 48 °C

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En este caso los sustituyentes o radicales son cloros, así cuando se encuentran cercanos en elespacio se denominan cis y cuando están opuestos son trans. Como puede apreciarse el hecho detener los cloros en posiciones distintas no sólo afecta al nombre sino también a las propiedadesfísicas y a las químicas, pues ambos alquenos reaccionan distinto frente algunos reactivos. Eldoble enlace le impide a la molécula rotar y fija las posiciones de los radicales alrededor del dobleenlace.

En una molécula donde todos los carbonos son sp3 no existe el cis y el trans pues el enlace entrelos carbonos tiene libre rotación y de hecho la molécula está siempre girando.

C C HH

H H

Cl Cl

C C HH

H Cl

Cl H

LibreRotación

Iguales

Es importante hacer notar que si los sustituyentes se encuentran sobre el mismo carbono noexiste ni cis ni trans.

C C

H

H

Cl

Cl

C C

Cl

Cl

H

H

1,1 Dicloro Eteno

Al ir aumentando la cantidad de moléculas orgánicas surgieron alquenos con más de dossustituyente que también presentaron diferencias en sus propiedades, entonces se creó lanomenclatura E y Z, entonces se denomina Z (cis), cuando los radicales más grandes de cadacarbono del doble enlace están cercanos y E (trans) cuando los radicales más grandes estánopuestos entre ellos. A esta nomenclatura se le considera absoluta pues es capaz de clasificarcualquier alqueno y si bien reemplaza al cis y trans, estos aún se siguen ocupando.

ClCl

E (trans) Z (cis)

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Ejemplos relevantes

1)O

O

OH

OH

O

HO

O

OH

Ácido MaleicoZ

Ácido FumáricoE

Ácido-2-Butenodioico

Los ácidos fumárico y maleico son los isómeros E y Z del ácido -2- butenodioico y llevan nombresdistintos pues sus propiedades físicas son muy distintas.

2)

N Opsina

N Opsina

Rodopsina

Metarodopsina

LUZ

Z

E

La rodopsina está presente en los fotoreceptores de la retina y el cambio del enlace de Z a E esparte del proceso químico de reconocimiento de la luz y por lo tanto nos permite ver.

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ISOMERÍA ÓPTICA

Es la isomería más específica de todas, aquí las moléculas son prácticamente iguales, mismacadena, mismos radicales, excepto que están ordenados espacialmente de distinta manera, lo cualhace que las moléculas desvíen la luz de distinta manera, por eso a esta isomería también se leconoce como óptica.

Esta isomería se puede presentar sólo en aquellas moléculas con carbonos terciarios ocuaternarios y siempre que estos tengan 4 radicales distintos, si es así a ese carbono se le llamacentro estereogénico.

El principio de esta isomería es que si el centro estereogénico (carbono cuaternario) tiene 4radicales distintos, basta con un solo cambio en la distribución de estos radicales para que las dosmoléculas resultantes sean imágenes especulares quirales, o sea, no superponibles.

Los isómeros (moléculas analizadas) en este caso se denominan isómeros ópticos R y S y comoson imágenes especulares (reflejos en un espejo) se denominan ENANTIÓMEROS.

H3C

CH2

C

CH3

OHH

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H3C

CH2

C

CH3

OHH

S - 2- Butanol R - 2- Butanol

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Hace mucho tiempo que se sabe que existen este tipo de moléculas y que son capaces de desviarla luz, primero se les denominó (+) y (-) según desviaban la luz en sentido del reloj y contra relojrespectivamente. Luego se creó una nomenclatura basada en la manera de dibujar las moléculasen concordancia con la manera en que estas desvían la luz, en especial el gliceraldehído,

COH

CH OH

CH2OH

COH

CHO H

CH2OH

Gliceraldehído

D L

La D, dextro, es por la ubicación a la derecha del OH central y la L, levo, es por la ubicación a laizquierda, cualquiera que desvíe la luz como el D-gliceraldehído será D y lo mismo para L. No fuesino hasta mediados de la década de 1960 que se creó la nomenclatura absoluta para isómerosquirales.

Entre los años 1958 y 1963 se comercializó un fármaco llamado TALIDOMIDA, este medicamentose recetaba para tratar las nauseas en el período del embarazo y como sedante débil para losnervios, con el tiempo se relacionó directamente a este medicamento con la malformación demiles de recién nacidos (extremidades inexistentes o extremadamente cortas), al investigar lamolécula se descubrió que poseía un centro estereogénico lo cual daba origen a dos moléculas depropiedades en extremo distintas, entonces se creó la nomenclatura Absoluta R y S para asignar alos centros estereogénicos de las moléculas.

N

O

O O

O

S-TalidomidaCausa deformaciones

N

O

O O

O

R-TalidomidaSedante

Entonces a esta altura tenemos 3 nomenclaturas para estas moléculas, (+) y (-), D y L, y R y S,entre ellas no tienen relación directa y las más correctas son R y S.

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Cantidad de Isómeros

La cantidad de isómeros ópticos de una molécula depende de cuantos centros estereogénicostiene, así,

Isómeros = 2n

n = N° de centros estereogénicos

Por ejemplo:

O

H

O

H

R-CarvonaAroma de la menta

S-CarvonaAroma del comino

La carvona es una cetona cíclica con un centro estereogénico, el R le da el característico aroma ala menta mientras que el S le proporciona el aroma al comino.

REACCIONES ORGÁNICAS

REACCIONES DE SUSTITUCIÓN

En la reacción de sustitución se sustituyen átomos o partes de la molécula por otros átomos opartes de otras moléculas.

C C Y + Z C C Z + Y

Síntesis de alcoholes: La reacción se realiza en agua como solvente y a partir de un compuestohalogenado y una base fuerte se obtiene un alcohol.

OHBr

+ H2O + KOH + H2O + KBr

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Síntesis de éteres: Básicamente es la misma reacción de la síntesis de alcoholes pero sereemplaza el agua por un alcohol y como producto se obtiene un éter.

OBr

+ + KOH + H2O + KBr

OH

Nitración: Se realiza sustituyendo un hidrógeno por un grupo nitro, NO2. Para esto se utilizaácido nítrico, HNO3.

H

+ HNO3

NO2

+ H2O

Este es el método que se utiliza para fabricar entre otras cosas el T.N.T. y la nitroglicerina.

CH3

NO2

NO2

O2N

Trinitro ToluenoTNT

O2NO ONO2

ONO2

Nitro Glicerina

Halogenación: Es básicamente como la nitración pero se usa un halógeno en vez del ácido.

H

+ Br2

Br

+Al

AlBr3

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REACCIONES DE ADICIÓN

Como el nombre lo sugiere la adición se refiere a agregar átomos a una molécula, normalmente lamolécula de partida tiene dobles o triples enlaces y la final no los posee.

Hidrogenación: Consiste en agregar hidrógenos a un doble enlace utilizando un catalizadormetálico, usualmente platino, paladio o níquel.

C CH

H

H

H

+ H HPt

C CH

H

H H

H

H

Industrialmente el proceso de hidrogenación se utiliza para lograr que algunos aceites líquidos atemperatura ambiente se transformen en sólidos y se puedan comercializar como margarinas, enel proceso aparecen las peligrosas grasas trans.

Hidrohalogenación: Es el proceso mediante el cual se adicionan un hidrógeno y unhalógeno a un alqueno, ambos átomos agregados se adicionan a loscarbonos que forman el doble enlace.

C CH

H

H

H

+ H Cl C CH

H

H H

H

Cl

El proceso de adición es simple pero se complica al usar moléculas más grandes.

CH3 CH CH2 + H Cl CH3 C

Cl

CH3

H

+ CH3 CH2 CH2 Cl

producto más abundante

Al usar moléculas grandes se pueden obtener varios productos, ya que al cambiar el halógeno deposición se obtiene una molécula distinta, para decidir donde se adiciona el halógeno y donde elhidrógeno se aplica la regla de Markovnikov.

Regla de markovnikov: el hidrógeno se adiciona al carbón del doble enlace queposee más hidrógenos y el halógeno en el otro.

Cl

+ HCl

+ HCl

Cl

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Hidratación: Se refiere a la adición de agua al doble enlace, esta reacción se realiza en medioácido y obedece a la regla de markovnikov, obteniéndose un alcohol como producto.

+ H2O

OHH2SO4

La cloración de los alquenos, la hidrogenación de alquenos obteniendo alcanos y laspolimerizaciones por adición, son todas reacciones de adición.

REACCIONES DE ELIMINACIÓN

En la eliminación se produce una salida de átomos desde la molécula de partida, esto trae comoconsecuencia la aparición de dobles enlaces en la molécula final, en cierto sentido puedeconsiderarse a la eliminación como opuesta a la adición.

C C YX C C + XY

Dehidrohalogenación: Se elimina un halógeno y un hidrógeno del carbón vecino a aquel quesostenía al halógeno.

H

H

H

ClH

H

+ HCl55 °C

Deshidratación de alcoholes:La deshidratación de alcoholes es una reacción especial puescambiando el ácido y la temperatura se puede obtener tanto unalqueno como un éter.

C C OH

H

HH

H

H

160 °CC C

H

HH

H+ H2OH2SO4

Reacción intramolecular

C C OH

H

HH

H

H

+ C C OH

H

HH

H

H

C C O

H

HH

H

H

CC

H

H H

H

H

+ H2OH3PO4

100 °C

Reacción intermolecular

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OXIDACIÓN DE ALCOHOLES

En química orgánica, la oxidación es un proceso mediante el cual las moléculas van aumentandosu cantidad de enlaces con oxígeno a medida que pierden hidrógenos.

Oxidación de alcoholes: El carbón que sostiene el OH es el que va perdiendo hidrógenos. Laoxidación se puede hacer tantas veces como hidrógenos tenga estecarbón. El agente oxidante que aporta con oxígenos es normalmenteuna sal inorgánica.

En un alcohol primario el carbono que reacciona tiene 2 hidrógenos entonces la oxidación puedehacerse en 2 pasos, obteniendo primero un aldehído y luego un ácido carboxílico, o bien de unasola vez obteniendo un ácido carboxílico.

OH

H H

O

H

O

OH

Oxidación Parcial Oxidación final

Alcohol Primario Aldehído Ácido carboxílico

Oxidación Total

DCC K2Cr2O7

K2Cr2O7

En un alcohol secundario sólo se puede hacer una oxidación ya que el carbono que reacciona sólotiene un hidrógeno y se obtiene una cetona.

HO HK2Cr2O7

O

Alcohol Secundario Cetona

En una alcohol terciario no hay reacción ya que el carbono reaccionante no tiene hidrógenos.OH

K2Cr2O7NO HAY REACCIÓN

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REACCIONES DE ESTERIFICACIÓN

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

El esquema general es:

Alcohol + Ácido OH2 Éster

R’-OH + R-COOH OH2 R-COO-R’

CH3 OH

COOH

+C

O

O

CH3

OH2+ÁCIDO BENZOICO METANOL BENZOATO DE METILO

ESTERIFICACIÓN

HIDRÓLISIS

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COMBUSTIÓN

La combustión es un proceso mediante el cual, por ejemplo, los combustibles fósiles sontransformados en CO2, H2O y mucha energía. La combustión requiere de grandes cantidades deoxígeno.

A continuación 3 ejemplos de combustión, de metanol, metano y octano respectivamente

2CH3OH + 3O2 2CO2 + 4H2O + 726 kJ/mol (22,7 kJ/g)

CH4 + 2O2 CO2 + 2H2O + 3910 kJ/mol (55,5 kJ/g)

2C8H18 + 25 O2 16CO2 + 18H2O + 5470 kJ/mol (47,9 kJ/g)

Es interesante hacer notar que si bien el que más energía produce es el octano, al mirar entreparéntesis el rendimiento por gramo, el más eficiente es el metano, lo cual es confirmación de sucombustión más limpia.

Para los animales, la respiración es el proceso de inhalar aire y usar el oxígeno allí presente paradar inicio a una serie de reacciones químico-biológicas que liberan energía. Esta energía esnecesaria para la vida y aunque las reacciones son muchas y muy complejas, el proceso total seasemeja a la combustión.

6CO2 + 6H2O + 2816 kJ/mol (15,6 kJ/g)

Glucosa

C6H12O6 + 6O2

DMON-QM25

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