Post on 15-Feb-2017
QUÍMICA ORGÁNICA
INTRODUCCIÓNBREVE
HISTORIA1
Adaptación y ampliación
ALVARO IVÁNARISTIZÁBAL
CASTRO2
Logros• Interpreta los conceptos básicos de química orgánica.
• Reconoce la importancia de la química orgánica.
• Analiza la reseña histórica de la química orgánica.
• Identifica los principales tipos de compuestos orgánicos.
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La Química Orgánica
• La Química Orgánica es la parte de la química
que estudia los Compuestos derivados
del Carbono4
• El estudio de los compuestos de carbono
comprende varias facetas, de las que las más importantes son:
5
Facetas de la Química Orgánica• ESTRUCTURA
Técnicas de explicación estructural REACTIVIDAD Mecanismos de reacción
• SÍNTESIS Diseño de métodos eficientes APLICACIONES Desarrollo industrial, biológico, médico... 6
Estas actividades darían lugar a noticias como estas en un periódico
imaginario:• Síntesis total de la droga potencial
gipsetina • Los carbenos triplete más cerca de
poder ser "embotellados" • Se consigue la Síntesis Asimétrica
de la (+)-pancratistatina, un agente anticáncer
• Un producto natural que imita la función de la insulina
7
Importancia de la
Química orgánica 8
• Más del 95% de las sustancias químicas
conocidas son compuestos del carbono y más de la mitad de los químicos
actuales en el mundo se denominan a sí mismos
químicos orgánicos.9
• Todos los compuestos responsables de la vida
(ácidos nucleicos, proteínas, enzimas, hormonas, azúcares,
lípidos, vitaminas, etc.) son sustancias orgánicas.10
• El progreso de la Química Orgánica
permite profundizar en el esclarecimiento de los procesos vitales.
11
• La industria química (fármacos, polímeros,
pesticidas, herbicidas, etc.) juega un papel muy
importante en la economía mundial e incide en muchos
aspectos de nuestra vida diaria con sus productos.
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Intelectualmente es muy estimulante puesto que:
• Posee una estructura muy lógica.
• Hace un uso considerable de símbolos lógicos.
• Utiliza el principio de analogía y el razonamiento deductivo.
• Se caracteriza por un cierto contenido artístico.
13
Diferencia entre Orgánicos e Inorgánicos
Compuestos químicos
Orgánicos
Contienen
carbono
Excepto: CO, CO2, HCN y
derivados de estos
Inorgánicos
No contiene
n Carbono
Excepto: CO, CO2, HCN y
derivados de estos
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Un poco de Historia de la Química
Orgánica15
• Lo que hoy entendemos por el término Química Orgánica no se
comprendía como tal hace simplemente un poco más de
100 años. Los hitos más importantes en la historia de
esta disciplina, sin ser exahustivo, son los siguientes:16
Finales del siglo XVIII
• El enigma de la Química Orgánica: La fuerza vital.
• Se observa que los compuestos orgánicos están formados por un número muy limitado de elementos químicos. 17
En la siguiente tabla periódica se resume, los átomos que están presentes en los compuestos
orgánicos .
18
Principios del siglo XIX
• Se intuyen ciertos visos de ordenamiento estructural.
• Se establece la ley de proporciones múltiples
19
Por 1820• Síntesis de la urea: se tiende el puente entre la Química Inorgánica y la Orgánica.
• La urea el primer compuesto sintetizado.
• Se mejora la precisión del análisis elemental.
•
20
Por 1830
• Se produce una complicación insospechada: la isomería.
• Los radicales orgánicos como un principio de ordenación.
21
De 1830 - 1840
• El descubrimiento y la profusión de los radicales orgánicos
• Orden entre los radicales orgánicos: la sustitución.
• Definición de radicales derivados.
22
De 1840 - 1850
• Ordenación por tipos de compuestos.
• La unificación de radicales y tipos.
23
1850
• Estructura interna de los radicales: la tetravalencia del carbono y su capacidad para formar cadenas.
24
• 1860 Primeras formulaciones modernas.
• 1870 Estructura tetraédrica del carbono: isomería óptica.
• 1880 Estructura hexagonal del benceno. 25
1930 - 1940
• Planteamiento de la Teoría de la Resonancia.
• Desarrollo de la Espectroscopía de rayos X.
• Desarrollo de la Espectrometría de masas.
26
1950• Análisis conformacional: estereoquímica del ciclohexano.
• Descubrimiento de la Resonancia Magnética Nuclear.
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El elemento más importante de la Química Orgánica es el
carbono.• El esqueleto de los compuestos
orgánicos está constituído por cadenas de carbono. Los
carbonos saturan la mayor parte de sus valencias con hidrógeno, por lo que este elemento es también muy
abundante en los compuestos orgánicos.
28
• • Los compuestos orgánicos
naturales tienen muy a menudo oxígeno,
nitrógeno, fósforo, azufre y halógenos.
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• Los Químicos Orgánicos han sintetizado una gran cantidad de
compuestos no naturales que contienen otros elementos como boro y silicio, así como una gran variedad de metales. Todos estos
compuestos artificiales son de enorme importancia como
intermedios y/o reactivos en Síntesis Orgánica.
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En la siguiente tabla periódica se resume, los átomos que están presentes en los compuestos
orgánicos .
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Compuestos orgánicosHidrocarburo
sAromáticosHomocíclicos
Heterocíclicos
Alifáticos
Saturado
s
Insaturados
Oxigenados
Ácidos
Alcoholes
Aldehidos
Cetonas
Esteres
Nitrogenados
Amidas
Amidas
Nitrilos
Breves Ideas de Nomenclatura
Orgánica33
• La nomenclatura de compuestos orgánicos
puede llegar a ser extraordinariamente
compleja. 34
• En esta lección sólo se pretende dar unas
nociones muy elementales de la misma.
35
• La IUPAC (International Union of Pure and Applied
Chemistry) dicta las normas que se encuentran
recogidas en libros especializados. 36
IUPAC
LA TETRAVALENCIA• Hay que tener presente que el Carbono en todos los compuestos orgánicos es Tetravalente = cuatro
enlaces, que pueden ser así:
C C C
37
• Pero en un curso de iniciación a la Química
Orgánica es imprescindible que el alumno llegue a
dominar las reglas elementales. 38
• Se podrán incluso admitir ciertos errores leves, siempre y cuando la proposición de un nombre conduzca de manera
inequívoca a una fórmula química concreta. Como en
cualquier otro idioma científico, la ambigüedad es
inadmisible si se quiere tener una comunicación precisa.
39
• Las moléculas orgánicas constan de un esqueleto carbonado y de unas funciones, generalmente
con hetero-átomos, que determinan sus propiedades químicas. Lo primero que hay
que saber, por tanto, es nombrar las cadenas carbonadas.
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Esqueletos carbonados: cadenas principales
“ n ” = Nro de C
Nombre Fórmula
1 Met – C –2 Et C – C3 Prop C – C – C4 But C – C – C – C5 Pent C – C – C – C – C6 Hex C – C – C – C – C – C7 Hept C – C – C – C – C – C – C – 8 Oct C – C – C – C – C – C – C – C –9 Non – C – C – C – C – C – C – C – C – C –
10 Dec C – – C – C – C – C – C – C – C – C – C –
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Cadenas principales
“ n ” = Nro de C
Nombre (-ano)
Fórmula (CnH2n+2)
1 Met-ano CH4
2 Et-ano CH3 - CH3
3 Prop-ano CH3 - CH2 - CH3
4 But-ano CH3 - CH2 - CH2 - CH3
5 Pent-ano CH3 - CH2 - CH2 - CH2 - CH3
6 Hex-ano CH3 - CH2 - CH2 - CH2- CH2 - CH3
7 Hept-ano CH3 – (CH2)5 - CH3
8 Oct-ano CH3 – (CH2)6 - CH3
9 Non-ano CH3 – (CH2)7 - CH3
10 Dec-ano CH3 – (CH2)8 - CH3
42
Esqueletos carbonados: cadenas principales
“ n ” = Nro de C
Nombre (-ano)
Fórmula (CnH2n+2)
11 Undec-ano CH3 - (CH2)9 - CH3
12 Dodec-ano CH3 - (CH2)10 - CH3
13 Tridec-ano CH3 - (CH2)11 - CH3
14 Tetradec –ano CH3 - (CH2)12 - CH3
15 Pentadec-ano CH3 - (CH2)13 - CH3
20 Heicos-ano CH3 - (CH2)18 - CH3
21 Heneicos-ano CH3 – (CH2)19 - CH3
22 Docos-ano CH3 – (CH2)20 - CH3
30 Triacont-ano CH3 – (CH2)28 - CH3
40 Tetracont-ano CH3 – (CH2)38 - CH3
50 Pentacont-ano CH3 – (CH2)48 - CH3
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Reglas principales para nombrar un alcano complejo
• La cadena más larga es la cadena principal.
• Si hay varias cadenas más largas de la misma longitud, la principal es la que más sustituyentes tenga.
• Numerarla de un extremo a otro, de forma que los sustituyentes queden con los números localizadores más pequeños. 44
• Si se compara una serie de localizadores con otra, la más baja es la correcta. La serie más baja es la que contiene el número más bajo en el primer punto de diferencia.
• Los sustituyentes toman el nombre del alcano correspondiente (ver tabla), sustituyendo la terminación -ano por -ilo. Existen prefijos que no hay más remedio que memorizar (iso-, sec-, tert-, neo-, ciclo-). 45
• Si hay dos o más sustituyentes sencillos iguales, se utilizarán los prefijos di-, tri-, tetra-, penta-, hexa-, etc., si bien cada grupo recibe su propio número.
• Cuando existan dos o más sustituyentes en posiciones equivalentes, se asigna el número menor al que se cite por orden alfabético en primer lugar, salvo que la numeración de la cadena ya haya sido decidida por otra regla de orden superior.
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• A los sustituyentes complejos se les nombra como derivados de la cadena carbonada más larga. La descripción del sustituyente se distingue de la que corresponde a la cadena principal encerrándola entre paréntesis.
47
• Los sustituyentes se nombran por orden alfabético. Los prefijos di-, tri-, tetra-, penta-, hexa-, sec-, tert-, no se cuentan a la hora de establecer el orden alfabético. Los iso-, neo-, ciclo- en cambio sí.
48
• Si hay varios sustituyentes complejos unidos a la cadena principal se nombran poniendo entre los números localizadores y el paréntesis los prefijos di, tri, tetra, etc. 49
Principales Grupos
Funcionales de la Química Orgánica
50
Para nombrar correctamente una molécula que contiene grupos funcionales lo primero
que hay que hacer es identificarlos:Clase Grupo funcional Ejemplo
Ácidos carboxílicos R - COOH CH3 - CH2 – COOHÁcido propanoico
Anhídridos R - Ésteres R – COO - R CH3 – COO – CH3
Etanoato de metiloHaluros de ácido R – CO – X CH3 - CH2 – CO Cl
Cloruro de Propanoilo
Amidas R – CO – NH2CH3 - CH2 – CONH2
Propanamida
Nitrilo R – CN CH3 – CH2 - CH2 – CN Butanonitrilo
aldehídos R - CHO CH3 – CHO etanal
Cetonas R – CO - R CH3 - CO - CH3Propanona
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Clase Grupo funcional EjemploAlcoholes, fenoles
OHCH3- CH2 - OH Etanol
- OH Fenol
Tioles SH CH3-CH2-SH Etanotiol
aminas primarias NH2
CH3-NH2 Metilamina
aminas secundarias NH
(CH3)2NH Dimetilamina
aminas terciarias NH
(CH3)3N Trimetilamina
éteres O CH3-CH2-O-CH2-CH3 Dietiléter
Alquinos CH3-CC-CH3 2-Butino
Alquenos CH3- CH = CH2 Propeno
alcanos C – C – C CH3 - CH2- CH3
Propano
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Clase Grupo funcional
Ejemplo
haluros de alquilo
Halógeno - X CH3 - CH2 - Br Bromuro de Etilo
(homo) aromáticos
Tolueno(hetero)
aromáticosMetilpiridina
Organometálicos -metal (Li, Mg, Al, etc.)
CH3 - Li Metillitio (CH3)2 - Mg
Dimetilmagnesio (CH3)3Al Trimetilalano
Sulfuros S CH3 – S – CH2 – CH3metietillsulfuro
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Nota Importantísima
• Una vez reconocidos los grupos funcionales que contiene una Cadena Carbonada hay que
determinar cuál es la función principal, según el
siguiente orden:54
Orden de preferencia
1. Ácidos (carboxílicos > sulfónicos)
2. Derivados de ácidos (anhídridos > ésteres > haluros de acilo > amidas > nitrilos) 3.- Aldehídos > cetonas 4.- Alcoholes > fenoles > tioles 5.- Aminas 6.- Éteres > tioéteres 7.- Alquinos > alquenos
55
La función principal determina:
• El nombre del compuesto • La cadena carbonada principal,
que debe ser la más larga posible que contenga la función principal
• Los números localizadores de los sustituyentes y funciones secundarias
56
57
•Nomenclatura de los grupos
funcionales más importantes
Clase Principal (P) Secundaria (S) Ejemplosácidos
carboxílicosácido... -oico -carboxi- (P) ácido etanoico
Anhídridos Óxido…oicoésteres -ato de -ilo -alcoxicarbonil- (P) acetato de etilo
(S) ácido etoxicarbonilacético
haluros de acilo haluro de -oílo
-haloformil- (P) cloruro de bezoílo
(S) ácido 4-haloformilciclohexa
nosulfónicoamidas -amida -carbamoil- (P) etanamida
(S) ácido 3-carbamoilben- cenosulfónico
nitrilo -nitrilo -ciano- (P) etanonitrilo
aldehídos -al aldehído
-carbaldehído
-formil- (P) etanal (P) aldehído etílico
(P) ciclohexano carbal- dehído
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Clase Principal (P) Secundaria (S) Ejemploscetonas -ona
cetona-alcanoil-
-oxo-(P) propanona
(P) dimetilacetona (S) ácido 2-
etanoilbenzoico (S) ácido 3-
oxobutanoicoalcoholes, fenoles -ol -hidroxi- (P) etanol
(S) 4-hidroxipiridinatioles -tiol
-mercaptano-mercapto (P) metanotiol
(P) metilmercaptano
(S) 2-mercaptoetanol
aminas primarias -amina -amino- (P) etilamina (S) 2-aminoetanol
aminas secundarias
-amina (P) dietilamina (S) 2-
dimetilaminoetanolaminas terciarias -amina -alquilamino- (P) trietilamina
(S) 2-trietilaminoetanol
éteres éter -oxi-, -oxa- (P) dietil éter (S) metoxibenceno (S)oxaciclopropano
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Clase Principal (P) Secundaria (S) Ejemplosalquinos -ino -inil- (P) etino
(S) etinilbencenoalquenos -eno -enil- (P) eteno
(S) etenilbencenoalcanos -ano -il- (P) metano
(S) 2-metilpropanohaluros de
alquilofluoruro de, cloruro de,
bromuro de, ioduro de
fluor, cloro, bromo, iodo
(P)cloruro de etilo (S) 2-cloropropano
(homo) aromáticos
-eno -il- (P) benceno (S) feniletano
(hetero) aromáticos
- -il- (P) piridina (S) 2-piridilpiridina
Organometálicos-metal
(Li, Mg, Al, etc.)
CH3 - Li Metillitio (CH3)2 - Mg
Dimetilmagnesio (CH3)3Al
Trimetilalanosulfuros -sulfuro -alquiltio- (P) dietilsulfuro
(S) 2-metiltioetanol60
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HIDROCARBUROS
Alcanos• Los alcanos son los compuestos orgánicos más simples puesto que carecen de grupos funcionales y sólo están constituídos por carbonos en hibridación sp3 e hidrógeno. Todos los enlaces C – C son simples.
CH3 - CH2- CH2- CH3
Butano
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• A pesar de ello son muy importantes porque:
• su estudio nos permitirá entender el comportamiento del esqueleto de los compuestos orgánicos (conformaciones, formación de radicales)
• constituyen una de las fuentes de energía más importantes para la sociedad actual (petróleo y sus derivados). 63
Cicloalcanos• La versatilidad del carbono para formar
enlaces permite que una molécula pueda cerrarse sobre sí misma, dando lugar a anillos carbonados. Los ejemplos en la naturaleza son numerosísimos. El olor que percibimos cuando machacamos una planta o pelamos una naranja o un limón, proviene de un tipo de compuestos denominados monoterpenos. Todos ellos tienen 10 carbonos y muchos de ellos contienen anillos:
64
Alquenos• Los alquenos son algunos de los compuestos orgánicos más simples puesto que carecen de grupos funcionales y sólo están constituídos por carbonos en hibridación sp2 e hidrógeno; que poseen al menos un enlace doble “ = ”.
CH3 – CH = CH- CH3
2-Buteno
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Eteno o Etileno• El eteno permite preparar unos
50 derivados simples de gran importancia industrial, de los que los más importantes, en miles de toneladas anuales de producción,
• Eteno CH2 = CH2 Dos de ellos: Cl – CH2 – CH2 – Cl Dicloro
etilenoCH3 – CH2 – OH Etanol
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Alquinos• Los alquinos otros de los compuestos orgánicos más simples puesto que carecen de grupos funcionales y sólo están constituídos por carbonos en hibridación sp e hidrógeno; que poseen al menos un enlace triple “ ”.
CH CH2- CH2- CH3
Butino
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• El Etino o acetileno es el alquino más simple, pero tiene una enorme importancia desde el punto de vista industrial. Eteno CH CH
• El acetileno puede producirse a partir del carbón mediante:
Carbón + H2 CH CH + 33%
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Ácidos• Los Ácidos son compuestos muy comunes en la naturaleza y nuestra vida diaria.
• H – COOH Ácido metanóico (hormigas)
• CH3 – COOH Ácido Etanóico (Vinagre)
• CH3 – CH2 – COOH Ácido propanóico
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Alcoholes• Los Alcoholes son compuestos muy comunes en nuestra vida diaria. He aquí algunos ejemplos muy representativos:
• CH3 – OH Metanol• CH3 – CH2 – OH Etanol• CH3 – CH2 – CH2 – OH Propanol
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Pero hay que estudiar
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http://www.uam.es/departamentos/ciencias/qorg/docencia_red/qo/
l00/lecc.html
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Este resumen de historiase ha extraído en parte del libro
• o From Vital Force to Structural Formulas O. Theodor Benfey, ACS, 1975 Las mayor parte de las reseñas biográficas de las páginas siguientes se han extraído de la enciclopedia Larousse. Enlaces de interés: www.xrefer.com www.multimania.com/histoirechimie www.chemsoc.org www.nobel.se/chemistry/laureates 75