quimica organica

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“Introducción a la Química Orgánica” Para Ingeniería Metalúrgica 542250 Prof.: Claudia Rodriguez A PRIMERA UNIDAD Capítulo 1 Introducción a la Química Orgánica Compuestos orgánicos: fue definido como un compuesto aislado desde una fuente natural (planta o animal) y preparado por esta misma fuente. Compuestos inorgánicos: provienen de fuentes no vivientes tales como rocas o depósitos minerales Combustibles fósiles: tales como el petróleo y carbón proporcionan no solamente energía sino que son un almacén de compuestos químicos del petróleo, fundamentalmente hidrocarburos Rol del carbono: En las estructuras orgánicas proporcionan el esqueleto, o armazón de la molécula. Este esqueleto determina el tamaño y en gran medida, la forma de la molécula en el espacio tridimensional. El hidrógeno: está presente en casi todos los compuestos orgánicos y la covalencia C-H y C-C es responsable de muchas de las propiedades físicas únicas de las moléculas orgánicas- Química del carbono, Repaso química General Concepto moderno del átomo : Erwin Schrödinger, en 1933 “El concepto queda limitado a una ecuación matemática” Ψ(x,y,z,t) Segunda derivada con respecto a la posición x, y z energía Energía potencial Función de onda El resultado de esta ecuación matemática son tres números distintos llamados números cuánticos, n, ℓ y m. n , posee valores enteros mayores que cero y se relaciona con la distancia promedio del electrón al núcleo del átomo, es decir marca el límite del orbital en el que se encuentra un electrón.

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conceptos basicos de quimica organica junto con pequeños ejercicios

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Page 1: quimica organica

“Introducción a la Química Orgánica” Para Ingeniería Metalúrgica 542250

Prof.: Claudia Rodriguez A

PRIMERA UNIDAD

Capítulo 1 Introducción a la Química Orgánica

Compuestos orgánicos: fue definido como un compuesto aislado desde una fuente

natural (planta o animal) y preparado por esta misma fuente. Compuestos inorgánicos: provienen de fuentes no vivientes tales como rocas o depósitos

minerales Combustibles fósiles: tales como el petróleo y carbón proporcionan no solamente energía

sino que son un almacén de compuestos químicos del petróleo, fundamentalmente hidrocarburos

Rol del carbono: En las estructuras orgánicas proporcionan el esqueleto, o armazón de la molécula. Este esqueleto determina el tamaño y en gran medida, la forma de la molécula

en el espacio tridimensional.

El hidrógeno: está presente en casi todos los compuestos orgánicos y la covalencia C -H y C-C es responsable de muchas de las propiedades físicas únicas de las moléculas

orgánicas- Química del carbono,

Repaso química General

Concepto moderno del átomo: Erwin Schrödinger, en 1933 “El concepto queda limitado a una ecuación matemática”

Ψ(x,y,z,t)

Segunda derivadacon respecto a laposición x, y z

energía

Energía potencial

Función de onda

El resultado de esta ecuación matemática son tres números distintos llamados números

cuánticos, n, ℓ y m. n, posee valores enteros mayores que cero y se relaciona con la distancia promedio del

electrón al núcleo del átomo, es decir marca el límite del orbital en el que se encuentra un electrón.

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“A mayor n mayor es la distancia desde el núcleo y menor estabilidad del orbital”

ℓ: indica la “forma” de los orbitales y sus valores dependen de n de la siguiente manera: ℓ= 0,1,2,3,……., (n-1)

A los orbitales se les puso nombre:

ℓ = 0 → sℓ = 1 → pℓ = 2 → dℓ = 3 → fℓ = 4 → g

mℓ : describe la orientación del orbital en el espacio, Sus valores dependen de ℓ de la siguiente manera: - ℓ, ……, o, ……+ ℓ

Con estos tres números cuánticos, es posible conocer la ubicación y por lo tanto, la energía de un electrón con respecto a otro mediante el principio de Aufbau.

Principio de Aufbau

El ordenamiento electrónico para un átomo se conoce como configuración electrónica basal. Este corresponde al átomo aislado en su estado de inferior energía o estado no

excitado. Esto significa que los electrones siempre se ordenan de igual manera (de menor a mayor energía), sólo varía el número de electrones que entran y por lo tanto “ Todos los electrones son equivalente en energía para cualquier tipo de átomo”

Propiedades Periódicas

(válido sólo para elementos representativos)

Radio atómico: aumenta con el periodo hacia abajo (a mayor capas de orbitales mayor es el radio y mayor el tamaño atómico).

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disminuye con el Z dentro del mismo periodo (el orbital se encoge con la mayor

cantidad de electrones). Electronegatividad: Mide la tendencia relativa del átomo a atraer electrones hacía sí cuando se combinan químicamente con otro átomo.

mientras más chico el átomo más atraen los protones a un nuevo electrón. Para el caso del Carbono, Hidrógeno, Nitrógeno, azufre y oxígeno:

EN para carbono: 2.5

EN para Hidrógeno: 2.1

EN para nitrógeno: 3.0

EN para oxígeno: 3.5

EN para azufre: 2.5

Son EN !!!

Metales, no metales y metaloides: Tanto el C, N, O, H y S son no metales porque se ubican

en la parte superior derecha de la tabla periódica.

Enlace químico y estructura molecular

Enlaces químicos: es la fuerza de atracción que mantiene unidos a los átomos en los compuestos.

Existen tres tipos de enlace químico: a.- El enlace metálico

b.- El enlace iónico c.- El enlace covalente

a.- Enlace metálico: entre átomos de metales, estos comparten los electrones de valencia a su alrededor como una nube.

b.- Enlace iónico: se debe a interacciones entre los iones que pueden formarse por la

“transferencia” de uno o más electrones desde uno o más átomos o grupos de átomos a

otro.

c.- Enlace Covalente: se debe a que se “comparte” uno o más electrones entre átomos. Existen dos tipos de enlace covalente, el covalente apolar y el covalente polar

c.1) enlace covalente apolar (o enlace covalente covalente): entre átomos con la misma o mínima diferencia de electronegatividades entre ellas. Ejemplo: moléculas homonucleares como H2, Cl2, I2.

c.2.- enlace covalente polar: entre átomos con diferentes electronegatividades.

Page 4: quimica organica

Los enlaces covalentes, independiente de si son polares o apolares, forman compuestos

covalentes

En general, para poder diferenciar los enlaces iónicos de los enlaces covalentes, se usa y calcula la diferencia de electronegatividad (EN) entre los dos átomos que forman el

enlace.

Existen diferentes escalas de EN. La mas usada es la de Pauling, donde el elemento mas EN, Fluor, se le asigna el valor 4.

Ejemplos:

H2.1

Li1.0

Be1.5

B2.0

C2.5

N3.0

O3.5

F4.0

Enlace entre A-B se calcula : ENA- ENB = ΔEN Bajo estos cálculos se tiene que:

1.- Enlace iónico: DEN ≥ 2.0 2.- Enlace Covalente:

2.1.- polar: 0.5 ≤ DEN ≤ 2.0 2.2.- apolar: DEN < 0.5

Regla general para reconocer tipo de compuestos sin conocer sus EN: Metal – metal : compuesto metálico

Metal-no metal : compuesto iónico No metal- no metal : compuesto covalente

“ La química Orgánica, es por lo tanto la química de compuestos covalentes”

Estructuras de Lewis: Se basa en la regla del octeto, donde los elementos representativos

adquieren configuración de gas noble en la mayoría de los compuestos que forman.

Para el carbono:

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Estado excitadoEstado basal

Estado híbridode menor energía

Hibridización del tipo sp3

Son cuatro orbitales en total: tetravalencia para el carbono

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ENLACE SIGMA (σ)

Se forman entre dos átomos de un compuesto covalente, debido a la superposición directa o frontal de los orbitales; es más fuerte y determina la geometría de la molécula. Dos átomos enlazados comparten un par de electrones de enlace, aportando cada uno de ellos,un electrón al par electrónico de enlace

Hibridización del tipo sp2

Observaciones:

1.- Los orbitales p puros quedan frente a frente pero no se superponen 2.- los enlaces sigma se producen en un mismo plano

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Tipos de enlace:

ENLACE π (PI): Se forma después del enlace sigma debido a la superposición lateral de los

orbitales p. Sus electrones se encuentran en constante movimiento. Es menos fuerte, en términos de energía que el sigma Hibridización del tipo sp

Dos enlaces pi y un sigma: triple enlace. La molécula es plana

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La geometría molecular se determina según la Teoría VSEPR (Valence Shell Electron Pair

Repulsion): “Se asume que los electrones de valencia se repelen entre sí y que la forma o

geometría tridimensional más estable de la molécula será aquella que hace mínima dichas

repulsiones.”

POLARIDAD MOLECULAR Compuestos con diferencias de EN muy grandes, se genera un dipolo o un momento dipolar

- Los compuestos covalentes constituidos únicamente de enlaces covalentes apolares serán siempre moléculas apolares (caso de la mayoría de los compuesto orgánicos).

- Los compuestos covalentes con enlaces polares pueden ser polares o apolares, DEPENDIENDO DE SU GEOMETRIA MOLECULAR Y DE LA SUMA VECTORIAL DE LOS

MOMENTOS DIPOLARES DE CADA ENLACE:

Si Σμ=0: Molécula Apolar

Si Σμ≠0: Molécula Polar Para el carbono y algunos elementos orgánicos

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EN para carbono: 2.5

EN para Hidrógeno: 2.1

EN para nitrógeno: 3.0

EN para oxígeno: 3.5

EN para azufre: 2.5

Se produce un momento dipolar cuando :

carbono - oxígenoOxígeno – hidrógenoNitrógeno - hidrógeno

Fuerzas intermoleculares: Son fuerzas de atracción entre las moléculas. Estas fuerzas son las responsables del

comportamiento no ideal de los gases. Su influencia es más pronunciada en los estados más condensados de la materia

Son las principales responsables de las propiedades macroscópicas de la materia, ejemplo: tensión superficial, viscosidad, temperaturas de ebullición y de fusión Las principales fuerzas intermoleculares son a.- El enlace de hidrógeno (o puente hidrógeno) b.-Las Fuerzas de Van der Waals:

b.1.- Dipolo - Dipolo.

b.2.- Dipolo - Dipolo inducido ó b.3.- Fuerzas de dispersión o de London.

a.- puente hidrógeno:

El enlace de hidrógeno ocurre cuando un átomo de hidrógeno está enlazado a un átomo

fuertemente electronegativo como el nitrógeno, oxígeno o fluor

b.- fuerzas de Van der Waals: También conocidas como “fuerzas de dispersión”, “de London” o “fuerzas dipolo-

transitivas”, corresponden a las interacciones entre moléculas con enlaces covalentes.

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b.1.- Dipolo- dipolo: Son las fuerzas de atracción entre moléculas polares

b.2.- dipolo dipolo inducido

No polar, pero polarizable (grande)

dipolo Dipolo inducido dipolo

b.3.- Fuerzas de Dispersión o de London: Existen moléculas apolares pero potencialmente

polares, esto porque una ligera deslocalización de la nube electrónica puede llega a producir un

“dipolo instatáneo” sobre ella.

Observaciones: “Por lo tanto, a mayor tamaño atómico, mayor probabilidad de deslocalización de la nube electrónica, mayor es la fuerza de London”

Y “ a Mayor número de electrones (MA), , mayor probabilidad de deslocalización de la nube

de electrones y mayor es la fuerza de London” c.- Ión dipolo: Se produce por la atracción entre un ión y el polo opuesto de una molécula polar

Page 11: quimica organica

A estas interacciones

se las llama

“solvatación” o

“hidratación”

específicamente.

Observación: “ Este tipo de interacción es más fuerte para los iones pequeños y carga

elevada”. Una consecuencia de ello es que los cationes con carga alta a menudo forman compuesto hidratados

Acidos y Bases:

Teoría de BrØnsted-Lowry: en 1923 “un ácido se define como un donador de protones y una base como un aceptor de protones.” Consecuencias: no existe un ácido si no hay una base presente que capte el protón, dicho de otra manera, el ácido es ácido comparado con una base y viceversa. La neutralización es la transferencia de un protón desde un ácido a una base. Como todas las sustancias se disuelven en agua, se pueden apreciar dos condiciones: 1.- que el agua capte un protón comportándose como una base, por lo que está en presencia de un ácido ya que ellos donan protones. H2O + H+ → H3O+ 2.- que el agua done un protón comportándose como ácido, por lo que está en presencia de una base para que esta lo reciba. H2O → OH- + H+ OBS.: el agua puede donar o captar un protón, es decir, puede actuar como ácido o base, es propiedad de una sustancia que actúa así se llama anfoterismo OBS.: Lo importante entonces es quien dona y quien capta el protón para definir quién ácido y quien es básico

Ejemplos:

NH3 + H2O = NH4+ + OH-

CH3COOH + H2O = CH3COO- + H3O+

El agua le cedeun protón al NH3

El NH3 recibió un H+, es por lo tanto una base

El agua captó un protón , se comportó como una base

El CH3COOH perdió un protón es un ácido

Aquí es posible hablar de ácidos y bases conjugados, ya que si un ácido cede un protón cuando

reacciona hacia la derecha, si reacciona hacia la izquierda, los captará, ejemplo:

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baseácidoÁcido conjugado

Base conjugada

HCl + H2O = Cl- + H3O+

Pierde un protón: se “comporta” como ácido

gana un protón: se “comporta” como base

En general:

Par ácido-base conjugado

Par ácido-base conjugado

Ácido 1 + Base 2 ↔ Ácido 2 + Base 1

Los pares conjugados de ácidos y bases son especies que difieren por un protón.

Cuánto más débil sea un ácido, mayor será la fuerza de su base conjugada. De manera similar, cuanto más débil sea una base, mayor será la fuerza de su ácido conjugado

Clasificación de los compuestos en química Orgánica

Hidrocarburos

Alifáticos Aromáticos

Alcanos Alquenos AlquinosAlifáticosCíclicos

Page 13: quimica organica

Capítulo 2 “Alcanos”

Propiedades de los Alcanos: a.- Son Hidrocarburos saturados con enlace sigma e hibridización sp3 b.- Son Hidrocarburos de fórmula general: CnH2n+2

Tridimensionalmente:

“Se asume por convención que el enlace C-C va en el plano del dibujo “

c.- Los alcanos pueden ser lineales o ramificados

d.- Los alcanos presentan isomería estructural

Los isómeros son estructuras químicas que tienen igual MM y que, por lo tanto, pueden presentar propiedades físicas o químicas distintas

Ejemplo: para un alcano con 7 carbonos, se tiene tres posibilidadades, entre otras:

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e.- Los Alcanos se nombran de acuerdo a su estructura: Nomenclatura de alcanos

- si son lineales se les da un nombre propio:

Nombre Fórmula P. de fusión (ºC)

P. ebullición (ºC)

Metano CH4 -183 -162

Etano CH3CH3 -172 -88

Propano CH3CH2CH3 -167 -45

Butano CH3CH2CH2CH3 -138 0

Pentano CH3(CH2)3CH3 -130 36

Hexano CH3(CH2)4CH3 -94 69

Heptano CH3(CH2)5CH3 -30 174

Octano CH3(CH2)6CH3

Nonano CH3(CH2)7CH3

Decano CH3(CH2)8CH3

Hexadecano CH3(CH2)9CH3

- Si no son lineales, se deben seguir ciertas reglas:

1.- Encontrar la cadena principal

CH3-CH2-CH2-CH-CH3

CH2CH3

CH3-CH-CH-CH2-CH3

CH2

CH3

CH2-CH2-CH3

Hexano sustituido Heptano sustituido

Page 15: quimica organica

2.- Si existen dos cadenas distintas de igual longitud, se selecciona el esqueleto carbonado

con el mayor número de sustituciones

CH3-CH-CH-CH2-CH2-CH3

CH3

CH2-CH3

CH3-CH-CH-CH2-CH2-CH3

CH3

CH2-CH3

Hexano di-sustituido Hexano uni-sustituido

3.- La nomenclatura comienza desde el átomo más cercano a una ramificación

CH3-CH-CH-CH2-CH3

CH2

CH3

CH2-CH2-CH2-CH3

CH3-CH-CH-CH2-CH3

CH2

CH3

CH2-CH2-CH2-CH3

1

2

3 4

5 6 7 8

5

1234

6

7

8

4.-Si existen dos ramificaciones a la misma distancia desde las cadenas terminales, se

comienza a enumerar desde el extremo más cercano al segundo punto de ramificación

(regla del menor número)

CH3CH2

CH3-CH-CH2-CH2-CH-CH-CH2-CH3

CH3

CH2CH3

CH3CH2

CH3-CH-CH2-CH2-CH-CH-CH2-CH3

CH3

CH2CH3

123456

89

9876543

21

Sust: 3+4+7=14 Sust: 3+6+7=16

Para nombrar los sustituyentes se consideran los siguientes grupos alquilo (R)

grupo

CH3-CH2-CH3

grupo

CH3-CH2-CH2-CH3

CH3-CH2-CH2-

CH3-CH-CH3

CH3-CH2-CH2-CH2-

CH3-CH-CH2-

CH3

CH3-C-CH3

CH3

CH3-CH-CH2-CH3

Propil

isopropil

butil

secbutil

isobutil

terbutil

Page 16: quimica organica

5.- se numeran los sustituyentes asignándoles el número correspondiente a su ubicación

en la cadena principal.

CH3CH2

CH3-CH-CH2-CH2-CH-CH-CH2-CH3

CH3

CH2CH3

3-etil4-metil7-metil1234567

89

6.-Si existieran dos sustituciones en el mismo carbono, se les asigna a ambas sustituciones

el mismo número

CH3-CH2-C-CH2-CH-CH3

CH3CH3

CH2-CH3

2 - metil4 - metil4 - metil

123456

7.-Se escribe el nombre: si dos o más cadenas laterales están presentes, se usa el orden

alfabético y se escribe el nombre completo del compuesto anteponiendo los prefijos di,

tri, tetra, penta, etc.

CH3-CH2-CH2-CH-CH3

CH2CH3

CH3-CH-CH-CH2-CH3

CH2-CH3

CH2-CH2-CH3

CH3-CH2-C-CH2-CH-CH3

CH3

CH2-CH3

CH3

CH3-CH-CH2-CH2-CH-CH-CH2-CH3

CH3-CH2CH3

CH2-CH3

3-metil hexano 4-etil-3-metil heptano

4-etil-2,4-dimetil hexano 3-etil-4,7-dimetilnonano

123456 1234567

89

12

3456

12

3 4

5 6 7

f.- Propiedades Físicas : -Punto de Ebullición y punto de fusión aumentan , en general, con el

peso molecular o tamaño del alcano debido a que las fuerzas intermoleculares de London

Page 17: quimica organica

Puntos de fusión (azul) y de ebullición (rojo) de

los primeros 14 n-alcanos, en C.

Conclusión: Para compuestos con distinta masa molar, el de mayor masa molar tiene mayor

temperatura de ebullición. Para compuestos con la misma masa molar (isómeros), el más lineal tiene mayor

temperatura de ebullición. g.- Los alcanos presentan isomería óptica Se presenta cada vez que existe un carbono quiral, C*. Un carbono quiral es aquel que tiene los 4 enlaces distintos

Ejemplo de un carbono con todos los sustituyentes distintos:

Su forma de nombrarlos es indicando el nombre del compuesto y anteponiendo la letra

(R) o (S)

OBS.: TODOS los isómeros ópticos presentan iguales propiedades físicas, pero

distintas propiedades químicas

h.- Los alcanos no son polares, son casi totalmente insolubles en agua y otros solventes

polares.

Page 18: quimica organica

i.- Los alcanos también pueden formar ciclos, los Cicloalcanos (CnH2n)

1,. Se nombran de acuerdo al número de átomos de carbono en el anillo y se antepone el

prefijo “ciclo”.

CH2

CH2 CH2

CH2

CH2

CH2 CH2

CH2

CH2

CH2

ciclobutano ciclohexano

2- Ciclo con 1 sustituyente, se antepone el nombre del sustituyente seguido del nombre

del ciclo

3- Si hay mas de 1 sustituyente, se numera el ciclo de manera que los números

localizadores sean los mas pequeños.

1,2-Dietilciclohexano

1

2

1

2

1-etil-2-metilciclopentano

4.- Si los sustituyentes son diferentes, se asigna el numero 1 al carbono del ciclo que tiene

el sustituyente prioritario : numero atómico mayor relacionado con el tamaño

1,2-Dietilciclohexano

1

2

1

2

1-etil-2-metilciclopentano

5.- Los cicloalcanos presentan isomería geométrica, cis -trans, la cual debe ser indicada

Etilciclohexano

Page 19: quimica organica

Cis-ciclobutano trans-ciclobutano

6-Cuando la cadena lineal tiene mas átomo de carbono que el ciclo, se toma el ciclo como

sustituyente:

i.- Todos los Alcanos dan reacciones de sustitución

OBS.: Los alcanos son en general muy pocos reactivos, ya que están saturados

a.- Reacciones de Halogenación: son reacciones en cadena y las sustituciones son difíciles

de controlar

CH4 + Cl2 CH3Cl + HClhn

D

CH3CH2CH3 + Cl2hn

D

CH3-CH2-CH2Cl + CH3-CHCl-CH3

Regla: en esta reacción, el producto principal se obtiene por la halogenacion del Carbono menos hidrogenado

b.- Reacciones de combustión: en realidad la presentan cualquier hidrocarburo y los

productos son siempre los mismos, CO2 y H2O

2-ciclopropilbutano

Page 20: quimica organica

Capítulo 2

Alquenos y alquinos

a.- Cuando no son cíclicos, la fórmula general es:

CnH2n para alquenos y

CnH2n-2 para alquinos

b.- Tanto alquenos como alquinos son compuestos apolares y tienen las mismas

propiedades físicas que alcanos

Alquenos: presencia de C=C (olefinas)

Alquinos: Presencia de C≡C

Presentan insaturaciones

c.- tienen su propia Nomenclatura

1.- Identificar la cadena más larga que contenga la insaturación. Si la insaturación es

doble, se sustituye la terminación del nombre por el sufijo “eno” y si es triple “ino”.

CH3-CH=CH-CH2-CH-CH3

CH3

hexeno

2.- Asignar el menor número a la insaturación

2 - hexeno

4 – hexeno

3.- Nombrar y numerar los otros sustituyentes de la cadena de acuerdo a la prioridad

asignada en el punto anterior: 5-metil-2-hexeno

4.- Para el caso de alquinos se procede exactamente como en el caso anterior, salvo por la

terminación “ino” que deben llevar todos.

Page 21: quimica organica

3HC-CH-C C-CH-CH2-CH3

CH3CH3

2,5-dimetil-3-heptino

d.- Presentan isomería cis-trans con respecto al doble enlace

1.- Para el caso de alquenos que presenten isomería cis-trans o E-Z, debe, en primer lugar,

existir una estructura espacial. Para poder normbrarlos

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

CH2-CH-CH3

CH3

CH3

C

H

H

C

Misma molécula con y sin su forma espacial en torno al

soble enlace

2.- Se utiliza isomería cis-trans cuando existen dos pares de grupos (por cada carbono

insaturado) que son iguales.

CH2-CH-CH3

CH3

CH3

C

H

H

C

CH3

CH3

C

H

H

C

Existe un par de grupos del doble enlace distintos entre sí

Los dos pares de grupos al doble enlace son iguales

3.- Si ambos pares de grupos están al mismo lado, a la estructura se le antepone el prefijo

“cis”, de lo contario, se le antepone el prefijo “trans”.

trans-2-buteno

CH3

CH3

C

H

H

C

Ambos pares de grupos están en

dirección opuesta con respecto al

doble enlace

Page 22: quimica organica

d.- Presentan isomería E-Z con respecto al doble enlace

Se utiliza isomería E-Z cuando existe una estructura espacial en torno al doble enlace, y al

menos un par de grupos asociaodos al carbono son diferentes entre sí .

CH2-CH-CH3

CH3

CH3

C

H

H

C

Existe estructura espacial en torno al doble enlace, pero un par de grupos son distintos entre sí. ¿E o Z?

E- 5-metil-2-hexeno

Para determinar si la estructura es E o Z, se deben analizar los grupos más pesados de

cada uno de los carbono del doble enlace. Si los grupos más pesados están al mismo lado

de la insaturación, se antepone el prefijo “Z” al nombre completo de la molécula, de lo

contrario la palabra “E”.

CH2-CH-CH3

CH3

CH3

C

H

H

CMM:15 gr/mol MM:57 gr/mol Ambos grupos

pesados están a distinto lado de la insaturación

OBS.: La isomería cis-trans o E-Z no se presenta en alquinos.

e- Los alquenos también se presentan como ciclos

Para nombrar ciclos insaturados, se procede de la manera habitual con la condición de

que el carbono 1 es siempre para el carbono con la insaturación.

4-metil-ciclohexeno 4-metil-ciclopentino

e- Los alquenos y alquinos son muy reactivos

Alquenos y alquinos son compuestos extremadamente reactivos debido a que son

compuestos insaturados.

Su reactividad está controlada por el enlace doble o triple de la siguiente manera

Page 23: quimica organica

Por lo tanto se desprende que: 1.- en presencia de un electrófilo (E) los dobles enlaces son muy reactivos 2.- el ataque electrófilo se produce siempre sobre el carbono menos sustituido, mientras que el nucleofilo sobre el más sustituido

3.- la reacción de una molécula apolar (sin ataque electrófilo) necesitara necesariamente de un catalizador para ocurrir.

OBSERVACION:

ELECTROFILO: especie o parte de una molécula deficiente en electrón . Es una acido de

lewis (cationes, o atomos con +) NUCLEOFILO: especie o parte de una molécula rico en electrones. Es una base de lewis

(aniones, o atomos con -) Lo mismo para el enlace triple con hibridización sp. Ambos compuestos a diferencia de los alcanos producen reacciones de adición:

4 enlaces sigma:

Compuesto insaturado

6 enlaces sigma:

compuesto saturado

La forma de reaccionar para el enlace π es la siguiente:

C = C C - C-

+

1.- la carga positiva se forma en el carbono más sustituido, es decir, el que tiene menos

hidrógenos unidos a él.

Page 24: quimica organica

H2C = C(CH3)2

Carbono más sustituido

H2C - C(CH3)2+-

2.- la parte positiva del reactivo (electrofilo) reacciona con el carbono más negativo del

doble enlace. Y la parte negativa (nucleofilo) del reactivo con la parte más positiva del

doble enlace.

H2C - C(CH3)2+

-H2C = C(CH3)2

H2O/H+OH-/H+

H2C - C(CH3)2

OH

H

Regla de Markovnikov

Reacciones de adición al enlace π

C=C

X2 H2/Pt

H2O/H+

HOX

HX

C – C

X

X

C – C

H

H

C – C

OH

H

C – C

OH

X

C – C

H

X

OBS.:

1.- X: corresponde a un halogenuro, ej.: Cl, Br. I, F.

2.- Otra forma de escribir la reacción con el agua es H3O+, el protón proviene del ácido y actúa sólo como catalizador.

3.- En la hidrogenación el Pt cumple funciones puramente catalíticas, y se puede sustituir por Pd también.

4.- los únicos carbonos que reaccionan son los del doble enlace.

5.- HOX equivale a HO-/X+

Page 25: quimica organica

OBS.:

Los alquinos poseen las mismas reacciones que alqueno. Un alquino, sin embargo, puede

reaccionar una o dos veces sobre la misma insaturación ya que posee dos enlaces pi.

f.- Algunos alquinos dan Reacciones específicas

- Hidroboración de alquenos: Se obtiene un alcohol menos sustituido (la reacción es

antimarkovnikov)

La hidroboración es una reacción con regioselectividad opuesta a la regla de Markovnikov

(antiMarkovnikov).

Ejemplos:

- Adición de KMnO4 diluido y frio: Se obtiene un diol

Page 26: quimica organica

Capítulo 3

Alcoholes

a.- Poseen en su estructura hidrocarbonado el grupo funcional OH (hidroxilo).

Comparando con el agua:

b.- Tiene una temperatura de ebullición mayor que alcanos y alquenos simples, debido a

que los grupos OH forman puentes hidrógeno entre sí.

c.- El enlace OH es altamente polar lo que le confiere ciertas propiedades de solubilidad

a los alcoholes.

d.- Son de naturaleza ligeramente ácida

Page 27: quimica organica

e.- Los alcoholes se clasifican en primarios, secundarios y terciarios

f.- Nomenclatura de alcoholes

1.- se nombran como derivados de la cadena carbonada más larga que contiene el grupo

OH más la terminación “ol”

Ejemplos Nº de Carbonos nombre alcano Nombre alcohol cadena principal 5 carbonos pentano pentanol 7 carbonos heptano heptanol

2.- La cadena es numerada desde el lugar que asigna al grupo OH con el número más

pequeño

CH3CHCH2CHOH

CH3CH3

CH3CHCHCH2CHCH3

CH3OHCl

OH

4-metil-2-pentanol 2-cloro-5-metil-3-hexanol

3,4 – dimetil-cilcohexanol

3.- Cuando existen otros grupos funcionales como dobles o triples enlaces formando parte

de la cadena, el OH tiene la preferencia en la numeración.

Page 28: quimica organica

CH2 = CCH2CH2OH

CH3

3-metil-3-buten-1-ol

C Ξ CCH2CHCH3

OH

5-fenil-4-pentin-2-ol

g.- Los alcoholes se pueden extraer de productos naturales distintos del petróleo

(mediante fermentación), o bien ser sintetizados a partir de otros hidrocarburos.

Fermentación alcohólica:

Síntesis de alcoholes

a.- a partir de la hidratación de alquenos

CH3CH = CH2

H2O/H+CH3CHCH3

OH

Da como resultado un Alcohol sustituido

b.- a partir de la hidroboración de un alqueno

CH3CH = CH2

1.- B2H6 ó`[BH3]2

2.- OH-/H2OCH3CH2-CH2-OH

Da como resultado un alcohol menos sustituido

c.- a partir de alquenos con permanganato frío y diluido

CH3CH = CH2

KMnO4 (fío, dil) CH3CH-CH2-OH

OH

Da como resultadoUn diol

Page 29: quimica organica

i.- Los alcoholes dan reacción de oxidación

Los oxidantes más comunes son: KMnO4 y K2Cr2O7/H+

Con PCC (cloruro de piridinio) en un solvente anhídro (CH2Cl2 u otro) se forma sólo el

aldehído

j.- Los alcoholes dan reacción de deshidratación para formar alquenos (síntesis de

alquenos)

Capítulo 4

Aldehídos y Cetonas

a.- La química de aldehídos y cetonas está determinada por la naturaleza del grupo

carbonilo (C=O).

La diferencia entre un aldehído y una cetona es la naturaleza de los grupos unidos al grupo

funcional principal, el carbonilo:

Page 30: quimica organica

C = O grupo carbonilo

H-C-H

´

O

R-C-H

O

R-C-R

O

aldehídos cetona

b.- Las cetonas y el aldehídos son polares.

“tienen puntos de ebullición más altos que sus respectivos alcanos, pero puntos de

ebullición más bajos que sus alcoholes,”

c.- Los aldehídos y cetonas de bajo peso molecular son solubles en agua

d.- Nomenclatura para aldehídos

1.- se nombran como derivados del hidrocarburo base de cadena más larga que contiene

al grupo aldehído, más la terminación “al”

2.- el carbono 1 corresponde al carbono aldehído y los sustituyentes s e numeran

consecutivamente

CH3CHCH2CH2-C-H

CH3

O

4-metil-pentanol

CH3CH=CHCOH 2-buten-ol

e.- Nomenclatura para cetonas

1.- se nombran como derivados del hidrocarburo base de cadena más larga que contiene

al grupo aldehído, más la terminación “ona”

Page 31: quimica organica

2.- la numeración corresponde a aquella que asigne el menor número para el carbonilo.

Los sustituyentes se nombran de acuerdo a esa numeración.

CH3CH2CH2-C-CH3

O

2-pentanona

CH2=CHCOCH2CH2CH31-hexen-3-ona

f.- Tanto aldehídos como cetonas se pueden sintetizar a partir de otros hidrocarburos

i) Ozonólisis

1.- O3

2.- Zn/H2O

+C = C

O=CC =O

H2C = C - CH3

CH3

H2C=O + O=C- CH3

CH3

ii) Oxidación de alcoholes

Reactivos usados: KMnO4/OH- ó K2Cr2O7/H+

[O]

aldehídos

R-CH-R´

OH

[O]

cetonas

R-C-H

O

RCOH

H

H

R-C-R

O

CH3CH2C-OH

H

H

[O]CH3CH2CH

O

[O]CH3CH2CHCH2CH3

OH

CH3CH2CCH2CH3

O

iii) Oxidación con KMnO4 (conc, D)

iv) Oxidación de los alquenos por Ozonólisis O3

Page 32: quimica organica

O3 +C = C

O=CC =O

Aldehídos o/y cetonas

H2C = C - CH3

CH3

H2C=O + O=C- CH3

CH3

O3

aldehído cetona

Con este método de oxidación de los alquenos, se puede obtener aldehídos sin que sufran

otra oxidación para formar ácidos carboxilicos

g.- Los aldehídos y Cetonas dan reacciones de adición

Como el oxígeno es más electronegativo que el carbono, el grupo carbonilo está

polarizado, así, la forma reactiva del grupo carbonilo es la siguiente:

C = O C - O+ -

Nucleofiloelectrofilo

Page 33: quimica organica

C - O+ -

H2/Pt

NH3

H2O/H+

ROH

HCN

C

OH

H

C

OH

NH3

C

OH

OH

C

OH

OR

C

OH

CN

Reacciones:

cianohidrina

hemiacetal

formación de cianohidrinas

ii) Reacciones de reducción

iii) Reacciones de oxidación

Page 34: quimica organica

Al contrario que las cetonas, los aldehídos se pueden oxidar fácilmente a ácidos

carboxílicos utilizando oxidantes comunes, como el ácido crómico, trióxido de cromo,

permanganato y peroxiácidos. Como los aldehídos se oxidan tan fácilmente, agentes

oxidantes tan débiles como el Ag2O los pueden oxidar selectivamente en presencia de

otros grupos funcionales.

Capítulo 5

Aminas

a.- Son compuestos derivados del amoniaco

b.- Las aminas se pueden subclasificar de acuerdo a su estructura en:

Page 35: quimica organica

-Aminas no cíclicas: átomo de N enlazado a un grupo alquilo

- Aminas cíclicas: átomo de N enlazado a un ciclo

- Aminas aromáticas: átomo de N enlazado a un ciclo aromático

- Aminas como Heterociclos: átomo de N incluido en un ciclo cualquiera ( aromático o no)

c.- Las aminas son moderadamente polares

Las aminas de baja masa molecular son solubles en agua

d.- Las aminas primarias y secundarias forman puentes hidrógeno

Page 36: quimica organica

En consecuencia las aminas primarias y secundarias tienen temperaturas de ebullición

superiores a las terciarias

e.- Las aminas son compuestos que presentan una leve basicidad

En general:

Se esperaría que como los grupos alquilos (R) son donadores de electrones (efecto inductivo) a

más sustitución del nitrógeno por estos grupos mayor sería la tendencia a formarse la sal y más

alta sería la basicidad

La basicidad se mide también por la accesibilidad al par electrónico libre del N cuando se

acerca un acido. Debido a la presencia de 3 grupos alquilos sobre el nitrógeno, esta

accesibilidad es difícil y impide el acercamiento de ácidos (se habla de impedimento

estérico).

R-NH2

[R-NH2]

+ R-NH3+ + OH-H2O Kb =

[R-NH3+] [OH-]

Page 37: quimica organica

NR

R

R

Acido de Lewis

f.- Nomenclatura de las aminas

i).- Caso de aminas primarias: se agregar la terminación “amina” al nombre del grupo

alquilo de cadena mas larga. El átomo de carbono enlazado al Nitrógeno lleva el numero

localizador 1.

CH3-NH2 metilamina o metanamina

CH3-CH2-NH2: etilamina o etanamina

(CH3)2CH-CH2-NH2 2-metil-1-propanamina

ii).- Caso de aminas secundarias y terciarias: Para las moléculas simétricas, se usa los

prefijos di-, tri-, etc

CH3CH

2-NH-CH

2-CH

3 CH3

CH3

NH3C

Dietilamina Trimetilamina

iii).- Para las moléculas no simétricas: se usa el nombre de una amina primaria (la cadena

más larga) indicando la sustitución presente en el átomo de “N”. Las otras cadenas se

nombran por orden alfabético poniendo previamente la letra N

CH3CH2-N-CH3

N-metil etanamina

N-metil-2-metilpropanamina

N-etil-N-metil propanamina

Page 38: quimica organica

iv).- -Aminas aromáticas y heterocíclicas:

Fenilamina o Anilina

Piperidina

Piridina

Pirrol

V).- Para moléculas complejas: cuando el grupo NH2 no es prioritario, puede ser tomado

como grupo de sustitución y designado como grupo “amino”

3-amino-2-pentanol

Capítulo 6

Ácidos carboxílicos

a.- Contienen el grupo

- COOH

=

O

- C-OH

b.- Son menos polares que los alcoholes pero más que aldehídos y cetonas (por el grupo

OH)

Parte hidrofílicaParte hidrofóbica

Cuando R es pequeño, el

ácido es soluble en

agua (R < 4)

Page 39: quimica organica

Forma general de un ácido graso y de una molécula anfipática

c.- Forman puente hidrógeno entre sí o con otras moléculas y tienen T°eb más elevadas

que sus alcoholes

Formación de dos puentes hidrógeno

d.- Son compuestos más ácidos que los alcoholes, su pKa es cercano a 5

Page 40: quimica organica

Esta acidez se explica porque el anión que se forma (carboxilato) es estable gracias a sus

formas resonantes

Si se estabiliza el carboxilato, entonces tenemos mayor acidez

Compuesto pKa

CH3COOH 4,75

ClCH2COOH 2,86

Cl2CHCOOH 1,26

Cl3CCOOH 0,64

F3CCOOH 0,23

En general, comparando la acidez de otros grupos funcionales, se tiene lo siguiente:

Aumenta la acidez, disminuye el pKa

Disminuye la acidez, aumenta el pKa

e.- Se nombran como ácidos: Nomenclatura de ácidos orgánicos:

• Se nombra la cadena más larga, considerando el carbono del COOH como el carbono número 1.

• Se enumeran los sustituyentes

• Se deben nombrar cómo ácidos (prefijo ácido).

• Se agrega la terminación “oico” a la cadena principal.

Page 41: quimica organica

Ejemplo: CH2OHCH2CH2-COOH

Corresponde al “ ácido 4-hidroxi-butanoico “

OBS.: el grupo OH en un ácido siempre se nombre como un sustituyente de tipo “hidroxi”

f.- Los ácidos carboxílicos se pueden sintetizar a partir de otros compuestos

i.- Oxidation de los alquenos con KMnO4

ii.- oxidación completa de un alcohol primario

Page 42: quimica organica

g.- Los ácidos carboxílicos se pueden reducir:

Un ácido (compuesto completamente oxidado) se puede reducir a un alcohol mediante

un buen agente reductor:

h.- Dan reacciones de sustitución nucleofílica

Se forma agua por eliminación

Es un equilibrio reversible

A estas reacciones específicas se les llama “Reacciones de Condensación” porque

eliminan agua como producto secundario.

Tienen dos características principales:

-Son reacciones reversibles

-Se producen en presencia de ácidos

- Algunas de las más importantes es la formación de nuevos productos como las “amidas”, “esteres” y “anhidros de ácido”

• Ejemplos de reacciones de condensación con aminas:

+ R – C – N - R´R- C - OH

=

O

H – N - R´

-

R”

=

O

-

R”

+ H2O

OH- + H+ → H2O

H+

Enlace amida

Page 43: quimica organica

• Ejemplos de reacciones de condensación con alcoholes:

+R- C - OH

=

O

HO – C - R´

-

R”

OH- + H+ → H2O

R – C – O - C - R´

=

O

-

R”

+ H2OH+

Enlace ester

-

R¨¨

-

R¨¨

6.1.- Las amidas

a.- son compuestos de naturaleza polar, explicada por efecto resonante

Page 44: quimica organica

b.- forman puente hidrógeno

Tiene temperaturas de ebullición superiores a los ácidos carboxílicos equivalentes

c.- Nomenclatura: Las amidas primarias se nombran sustituyendo la terminación “oico” del ácido

por la terminación “amida”

H-CO-NH2 metanamida

CH3-CO-NH2 etanamida

CO-NH2

CH3

CH3-CH-C-NH

2

O

2-metilpropanamida benzamida

6.2.- Ésteres

a.- Los esteres son compuestos polares, pero no forman puente hidrógeno: Las temperaturas de

ebullición de los esteres son menores que los de los ácidos de pesos moleculares similares. Pero

son comparables a los de los aldehídos y cetonas de mismo PM.

b.- Síntesis directa por condensación: “Esterificación de Fischer”

Page 45: quimica organica

c.- La hidrólisis básica se llama saponificación y es una de las reacciones más importantes de los

ésteres :

d.- Nomenclatura: se nombran como derivados del ácido sustituyendo la terminación “oico” por

“ato”

Page 46: quimica organica

Ejemplos:

Butanoato de metilo

6.3.- anhidros

a.- Son compuestos polares, más que los esteres, no forman puentes hidrógeno entre sí: Tienen

temperaturas de ebullición similares a los esteres con MM parecida, pero la solubilidad en agua de

estos compuestos es levemente mayor a la de los esteres.

b.- Nomenclatura: se sustituye la palabra “ácido” por “anhidro”

CH3-CO-O-CO-CH3 anhídrido etanoico

CH3-CO-O-CO-CH2-CH3 anhídrido etanoico propanoico

CH3-CO-O-CO-CH-CH

3

CH3

anhídrido etanoico 2-

metilpropanoico

Page 47: quimica organica

6.4 éteres

(no son derivados de los ácidos carboxílicos)

a.- Los éteres son moléculas levemente polares y no forman puente hidrógeno entre sí.

b.- Nomenclatura: Se nombran los sustituyentes más la terminación “eter”

Cuando el éter tiene una estructura compleja, el grupo O-R puede ser nombrado como grupo

sustituyente, usando el termino alcoxi:

c.- Síntesis de Éteres

-Por deshidratación intermolecular de alcoholes

Page 48: quimica organica

-A partir de halogenuros de Alquilo y alcoxido de sodio Sintesis de Williamson

R-ONa + R-X R-O-R + NaX