TERCER TERCIO

QUIMICA ORGANICA COMPUESTOS DEL CARBONO


Enlaces del carbono.

El carbono es tetravalente. Lo mismo actúa como elemento electronegativo (en el metano, por ejemplo) que como elemento electropositivo ( En el CO2 o tetrafloruro de carbono). Por otro lado, las cuatro valencias del carbono son idénticas. Todos los átomos de carbono poseen la propiedad de unirse entre sí para formar cadenas lineales o ramificadas o bien ciclos. Los carbonos pueden unirse intercambiando una sola valencia, pero también dos o tres valencias. Estas cadenas de átomos de carbono constituyen los esqueletos de todas las moléculas orgánicas.
Energía de enlace. Es la que mantiene unidos a los átomos en una molécula.. Esta energía de enlace es igual a la energía necesaria para disociar la molécula covalente.

Formulas desarrolladas y de proyección

La fórmula empírica no basta para definir una molécula orgánica. Existen compuestos diferentes con la misma fórmula empírica. Estos compuestos son por definición isómeros. El número de isómeros correspondiente a una fórmula empírica dada aumenta en proporciones considerables con el número de átomos de la cadena de carbono. Los isómeros son moléculas que tienen el mismo número de átomos de cada clase, diferenciándose entre ellos solo por el hecho de que la disposición de estos átomos es diferente.
Fórmulas desarrolladas y fórmulas de proyección.
Fórmulas desarrolladas. Corresponden a un modo de distribución en el plano teniendo como fin precisar la unión de los átomos. Pretenden asimismo explicar al máximo las propiedades de la molécula.

Fórmula de proyección. Se obtiene proyectando sobre el papel los distintos átomos que constituyen la molécula. Viene a ser su imagen.

Modelos moleculares.

Es frecuente representar las moléculas orgánicas por unión de tetraedros, fundándose en la teoría del carbono tetraédrico de Van´t Hoff. Según esta teoría el carbono se representa por un tetraedro en cuyos vértices están situados los cuatro átomos de hidrógeno.


CLASIFICACIÓN DE LOS HIDROCARBUROS

ALIFÁTICOS

Compuestos acíclicos. Alcanos, alquenos y alquinos.
Compuestos cíclicos. Cicloalcanos, cicloalquenos, cicloalquinos.

AROMÁTICOS

NOMENCLATURA

La I.U.P.A.C. se encarga de normalizar la nomenclatura y formulación. Un compuesto orgánico está conformado por una cadena carbonada, la cual puede contener en su estructura uno o varios grupos funcionales, los cuales se nombran como modificaciones lexicológicas del nombre base.
Normas de nomenclatura.
Se considera una raíz, generalmente de origen griego y unos sufijos que corresponden en general con los grupos funcionales respectivos. Algunas de las raices se presentaron en la lista 1 de series homólogas. A dicha raíz se pospone el sufijo de la función.
Si una cadena de carbonos se nombra como sustituyente, se le añade a la raíz el sufijo ilo .

Ejemplo. –CH3 = metilo, CH3 – CH2 - = etilo ; CH3-CH2-CH2- = propilo.
Se nombra el lugar que ocupan los grupos funcionales en la molécula.

Cuando hay varias funciones se elige la principal según el orden establecido en la lista 2 de orden de prioridad de grupos funcionales que se presentará más adelante

NORMAS APLICADAS A HIDROCARBUROS.

a) Si no existen enlaces múltiples, el nombre se forma con una raíz que indica el número de átomos de carbono de la molécula y el sufijo, de acuerdo al grado de saturación del compuesto. ano. Si se trata de un alqueno el sufijo empleado es eno
· Hidrocarburo saturado sin enlaces múltiples. Sufijo : ANO
· Hidrocarburo con doble enlace. Sufijo : ENO
· Hidrocarburo con triple enlace. Sufijo: INO

b) Cuando se den enlaces dobles y triples, -eno precede a ino, en la formación del nombre. Los enlaces dobles tienen preferencia sobre los triples para numeración. La posición del enlace múltiple se designa con un número que corresponde al primer átomo de carbono que forma el enlace múltiple, se escribe delante de la partícula a que afecta, y se separa el nombre con guiones y entre sí por comas.

c) Para nombrar un compuesto se escriben primero los nombres de las ramificaciones indicando su posición en la cadena principal y se termina nombrando la cadena como si no tuviese ninguna ramificación lateral.

d) Si las cadenas son ramificadas, se selecciona la cadena principal y el modo de nombrarla teniendo presente las siguientes prioridades:

1) Sucesión de carbonos con más instauraciones.
2) Sucesión de carbonos con más enlaces dobles
3) Sucesión de carbonos con más enlaces triples
4) Sucesión de carbonos más larga.

TAREA. Complete la serie homóloga de los hidrocarburos saturados hasta 5 carbonos.
Metano CH4
Etano _____________
Propano_____________
Butano _____________
Pentano_____________
Hexano _____________
Heptano_____________
Octano _____________
Nonato _____________
Decano.

Las raíces se señalan con rojo

TAREA. De acuerdo a las reglas anteriores designar el nombre de los siguientes compuestos:

CH3-CH2-CH2-CH3 _______________________

CH3-CH2-CH=CH2 _______________________

CH ≡ C- CH2 – CH = CH- CH3 _______________________

CH ≡ C- CH2- CH=CH-CH3 _______________________


TAREA. Escribir las formulas estructurales correspondientes a los siguientes compuestos:

3- etil- 2,5- dimetil hexano _______________________

5- metil- 2 – hexeno _______________________

2-3-dimetil-hexano. _______________________

6-etil-4,5-dimetil-2-octeno _______________________

Los primeros cuatro alcanos de la serie se encuentran en estado gaseoso en condiciones normales, del quinto al séptimo se encuentran como líquidos volátiles, del octavo al decimocuarto son líquidos más viscosos y, por eso, son menos volátiles y, de ahí en adelante, sólidos.

TAREA. Consulte la composición de algunos productos de uso cotidiano, como lo son: Gasolina, gas como combustible, vaselina, parafina.
Está de acuerdo con su baja reactividad ?

APLICACIÓN DE ALCANOS

Gasolina. La gasolina, que se produce a partir del petróleo crudo, es principalmente una mezcla de moléculas de hidrocarburo aromáticas y no aromáticas, compuestas por cinco o diez carbonos. Una buena gasolina arde en forma controlada sin detonaciones. Los hidrocarburos de cadena ramificada, cíclicos, no saturados, y especialmente los aromáticos, arden con suavidad y tienen propiedades antidetonantes. Se usan índices de octano para describir el rendimiento de las gasolinas. Cuando se ideó por primera vez la escala, se asignó al isooctano, (CH3)3CCH2CH(CH3)2, un alcano ramificado notable por sus cualidades antidetonantes, un índice de octano de 100. Al heptano, un alcano de cadena lineal que es un combustible automovilístico deficiente, se le asignó cero.A una gasolina que arde como una mezcla de 90% de isooctano y 10% de heptano se le asignó un índice de octano de 90.

Con el propósito de mantener altos índices de octano, las gasolinas sin plomo se suelen mezclar con cantidades crecientes de hidrocarburos aromáticos, en especial benceno, xileno y tolueno.
Los compuestos oxigenados también son mejoradotes eficaces del índice de octano, tales como el metanol, etanol, alcohol terbutíco y éter metil butílico.


TAREA. Consulte que es punto de ebullición y de acuerdo a la definición de este concepto proyecte como será la modificación del punto de ebullición de los alcanos con relación al aumento del peso molecular o incremento de carbono en la cadena.

TAREA. Consulte el concepto de solubilidad y proyecte cual será el comportamiento de solubilidad de los alcanos.

Los enlaces carbono- carbono y carbono- hidrógeno son bastante fuertes; no se rompen a menos que los alcanos se calienten a temperaturas muy altas. Como el carbono y el hidrógeno tienen casi la misma electronegatividad, los enlaces carbono-hidrógeno sólo presentan una ligera polaridad. Como consecuencia de esto, generalmente no son afectados por la mayoría de las bases.

En los ácidos no hay electrones no compartidos que ofrezcan puntos de ataque a los ácidos. Esta baja reactividad de los alcanos hacia muchos de los reactivos justifica el hecho de que estos compuestos originalmente se llamaran parafina ( del latín baja afinidad )


MECANISMOS DE REACCIÓN

Para entender las reacciones que se presentarán a continuación es necesario comprender el comportamiento de los átomos, respecto a los enlaces en los cuales están involucrados. El estudio de estos fenómenos implica tener conocimiento de otros conceptos como lo son la electronegatividad y los diferentes tipos de enlace.
Uno de los conceptos más útiles en el estudio de las reacciones de los compuestos orgánicos es el concepto de mecanismos de reacción. Un mecanismo de reacción es una descripción paso a paso de los fenómenos que se llevan a cabo a nivel molecular a medida que las moléculas que reaccionan se convierten en productos. El hecho de conocer que enlaces se rompen y cuales se forman, facilita la memorización de la reacción
desplazamientos electrónicos

Como su nombre lo indica, son movimientos de los electrones implicados en los enlaces.
En las moléculas orgánicas se pueden clasificar en dos grupos:

1) Mecanismo inductivo. Desplazamiento de electrones sobre la línea de valencia→ los enlaces
sencillos con átomos electronegativos están polarizados.
2) Mecanismo conjugativo o de resonancia. Desplazamiento total de electrones.

Los enlaces múltiples con átomos electronegativos se polarizan por resonancia.

Efecto inductivo.

En la formación de un enlace simple puede ocurrir que esté formado por dos átomos de igual electronegatividad, caso de la molécula de H2. La posición media del par de electrones del enlace es el centro de la línea de unión H-H, en este caso la molécula no presenta polaridad y es covalente. Pero es frecuente, debido a las diferencias de electronegatividad entre los átomos, que los orbitales moleculares formados graviten más hacia un núcleo que otro y como consecuencia haya asimetría en la distribución de cargas y polos, por ejemplo en la molécula de cloruro de hidrógeno se tiene una distribución de carga parcial negativa hacia el cloro y una distribución de carga positiva hacia el hidrógeno. Al ser el cloro más electronegativo que el hidrógeno, atrae hacia sí el par de electrones del enlace. Este hecho se conoce como efecto inductivo.


Efectos electrómero y mesómero.

Son característicos de los enlaces dobles y consisten en la destrucción de uno de los orbitales moleculares para que los dos electrones que lo formaban pasen a un orbital atómico, dejando negativo a un átomo y positivo al otro.. Esto da una reactividad química extraordinaria a la molécula y están provocados por la presencia de una sustancia muy polar o por la inestabilidad de la molécula que así busca otras formas.
El efecto electrómero determina la posición del ataque de determinados reactivos frente a los dobles enlaces.
Rompimiento de enlaces. En la formación de compuestos se presenta un fenómeno de ruptura y formación de enlaces covalentes. Si se considera una molécula hipotética A : B, hay tres formas posibles en las cuales puede romperse un enlace covalente:

· Homólisis. A∙ + B∙
· Heterólisis A:- + B+
A + + : B-
En el primer caso el enlace se rompe de tal manera que A y B retienen uno de los electrones del enlace y la ruptura produce fragmentos neutros A∙ y B∙ . Este tipo de ruptura se llama homólisis. Los fragmentos neutros se llaman radicales. Los radicales siempre contienen un número impar de electrones.

En los dos siguientes casos la ruptura del enlace da lugar a la formación de fragmentos cargados o iones (A:- y B+ o B:- y A+). Este tipo de ruptura de enlace se llama heterólisis.
Carbocationes: iones positivos de carbono

Carbaniones. Son generalmente bases fuertes. Y nucleófilos fuertes. Buscan un protón o bien un centro de carga positiva para neutralizar su carga negativa.
Los radicales libres de carbocationes y los carbaniones son partículas sumamente reactivas, en la mayoría de los casos sólo existen como intermedios transitorios en una reacción orgánica.

Energías de disociación de enlace
Cuando los átomos se combinan para formar moléculas se libera energía. Esta liberación de energía proviene de la formación de un enlace covalente.
Las moléculas de un producto tienen menor entalpía (contenido de calor) que los átomos separados. Por ejemplo, cuando los átomos de hidrógeno se combinan para formar moléculas de hidrógeno, la reacción es exotérmica y desprende 104 Kcal por mol de hidrógeno (-∆H)
Cuando los enlaces covalentes se rompen debe suministrarse energía. Las reacciones en que sólo se lleva a cabo una ruptura de enlace son endotérmicas. La energía que se requiere para romper los enlaces covalentes es exactamente igual a la desprendida cuando los átomos separados se combinan para formar moléculas. Sin embargo, en la ruptura del enlace, el ∆H es positivo.

Calores de reacción.
La energía de disociación de enlaces tiene muy diverso usos. Por ejemplo, puede utilizarse para calcular el cambio de entalpía (∆H) de una reacción. Para realizar los cálculos debe recordarse que para la ruptura del enlace ∆H es positivo y para la formación de enlace ∆H es negativa.


1.1 REACCIONES DE LOS ALCANOS.

Los alcanos o compuestos parafínicos poseen fórmula general CnH2n+2 , en donde n indica el número de átomos de carbono.

Los alcanos poseen únicamente enlaces sigma (σ), y su hibridación correspondiente es sp3
Reactividad. Los alcanos tienen baja reactividad química, no los atacan ácidos ni bases a temperatura ambiente.

Halogenación de los alcanos.
Reacción de sustitución. Son aquellas en las que un sustituyente desplaza a otro de la molécula.

R – X + Y → R - Y + X

La mayoría de las reacciones de los alcanos se caracterizan por el ataque del alcano con un reactivo que contiene electrones impares.
Ejemplo. Reacciones del metano con halógenos. Implican el ataque de un átomo de halógeno sobre la molécula de metano. El metano y el cloro reaccionan para producir, sucesivamente, mono, di, tri, y tetraclorometanos., en reacciones llamadas de sustitución.

CH4 + Cl2 → CH3Cl + HCl

CH4 + Cl2 → CH3Cl + CL2 → CH2Cl2 + Cl2 → CHCl3 + Cl2 → CCl4
+ + + +
HCl HCl HCl HCl

Estas reacciones son promovidas por el calor o la luz. El metano y el cloro reaccionan a temperatura ambiente si la mezcla reactante se irradia con luz ultravioleta y también reacciona en la oscuridad, si la mezcla se calienta a temperatura superior a 250ºC..

Reducción de haluros de alquilo.

2R-X + 2H2 2R – H + ZnX2
Zn
Reacción de Wurtz.

2R –X + 2Na → R - R + 2NaX

Hidrogenación catalítica.

R - CH = CH - R´ + H2 → R - CH2 - CH2 - R´
Pt, Ni

Síntesis de corey-Hause.

R - CuLi + R –X → R -R´ + RCu + LiX
R ∕ éter


PROPIEDADES QUIMICAS DE LOS ALCANOS

1- Combustión.

CH4 + O2 → CO2 + H2O + energía.
∆

Deshidrogenación.
- H2
R – CH2 - CH2 - R → R - CH = CH - R
Al2O3, Cr2O3


Halogenación. Ver arriba.


ALQUENOS

2.1 SÍNTESIS DE ALQUENOS.

Los métodos más utilizados par la síntesis de los alquenos se basan en las reacciones de eliminación del tipo general:

│ │
- C - C - → C = C
Y Z (-YZ) alquenos.

En estas reacciones se eliminan partes de alguna molécula, YZ, de los carbonos adyacentes del reactivo. Y y Z pueden ser iguales, pueden ser iguales, por ejemlo en la deshidrogenación y en al deshalogenación. Y y Z también pueden ser diferentes como en la deshidratación o deshidrohalogenación.

Reacciones de deshidrogenación.

Reacción general: R – CH – CH – R Catalizador R- CH = CH- R
H H ∆ (-H2)


Cr2O3 CH3 H
Ejemplo específico CH3-CH2-CH2-CH3 → C = C
∆ (-H2) H CH3

Reacciones de deshalogenación

R - CH - CH – R Zn R – CH = CH – R Donde X = halógeno.
X X →
(- ZnX2)

Ejemplo específico:

R - CH - CH – R Zn R – CH = CH – R + ZnCl2
Cl Cl →


Reacciones de deshidrohalogenación.

CH3 - CH - CH – CH3 base CH3– CH = CH –CH3 + HCl
H Cl →
∆


Deshidratación de alcoholes.

R - CH - CH – R -H2O R – CH = CH – R
OH H →
180ºC



2.2 PROPIEDADES QUÍMICAS. reacciones de los alquenos.
Hidrogenación Adición de hidrógno al doble enlace.
hidratación. Proceso contrario a la reacción de deshidratación.

Reacciones de adición del doble enlace carbono- carbono.

a) Adición de halógenos.

Las reacciones más comunes en los compuestos que contienen un doble enlace carbono- carbono son las reacciones de adición. Por regla general implican la desaparición de un de una instauración del compuesto original.

a) Adiciones de hidrógeno o bromo. Reacción general.


R - CH = CH - R´ + Br2 → R - CH - CH - R´
Br Br

TAREA. De acuerdo a la reacción general de adición escribir la reacción que se lleva a cabo entre el 2-buteno y el cloro gaseoso.

TAREA. De acuerdo a la reacción general de adición escribir la reacción que se lleva a cabo entre el 2-buteno y el cloro gaseoso.

TAREA. Siguiendo el mismo mecanismo de adición de bromo, realice la reacción para la adición de hidrógeno, en la siguiente reacción:

1-buteno + H2 → ______________________________________-

b) Adición de haloácidos.

Son reacciones de adición electrófilas, las cuales se llevan a cabo en tres pasos.
R - CH = CH - R´ + HX → R - CH - CH - R´
H X

TAREA. Escriba la reacción de 2 buteno con cloruro de hidrógeno.


c) Oxidación de alquenos

Los alquenos realizan reacciones en las cuales se oxida el doble enlace carbono-carbono. El agente oxidante empleado puede ser permanganato de potasio.

frío
CH2 = CH2 + KMnO4 → CH = CH
etileno OH- OH OH
Etilén glicol

TAREA. Escriba la reacción de oxidación de permanganato de potasio (KMnO4) con 1-propeno (propileno)


d) Ruptura oxidativa de los alquenos.

Al oxidarse con soluciones de permanganato caliente, los alquenos se rompen formando sales de los ácidos carboxílicos. Observe que en las anteriores reacciones no hay rompimiento de la
molécula. O- OH
∕ H+ ∕
CH3 - CH = CH - CH3 + KMnO4 → 2CH3-C = O → 2CH3-C = O
Calor.

La acidificación de la mezcla reaccionante , después de completarse la oxidación, produce dos moles de ácido acético


e) Ruptura y oxidativa completa OH
∕
CH3 – CH2 - CH = CH2 KMnO4 CH3 – CH2 - C = O
H+

Con permanganato caliente el grupo CH2 terminal de un 1-alqueno se oxida completamente a dióxido de carbono y agua.

Ejercicio de análisis.. Al oxidar con permanganato de potasio caliente un alqueno desconocido de fórmula C8H16 se encontró que produce un ácido carboxílico de cinco carbono (ácido pentanoico) y un ácido carboxílico de tres carbonos ( ácido propanoico)
Basándose en lo que conoce sobre la descomposición oxidativa deduzca la fórmula y el nombre del compuesto inicial. OH OH
∕ ∕
C8H16 KMnO4 (H+) → CH3-CH2-CH2-CH2- C = O + CH2-CH2- C = O
Caliente


APLICACIONES DE LOS ALQUENOS

Polímeros de adición. Los polímeros que son resultado de la adición de unas moléculas de alqueno a otras se llaman polímeros de adición y son los productos principales de la industria de los plásticos. Conforme las moléculas de alqueno se adicionan repetidamente unas a otras, se crea una larga cadena de polímero y los dobles enlaces se convierten en enlaces sencillos por reacción de adición. Ejemplos:

Polietileno
Polipropileno
Poliestireno
Cloruro de polivinilo
Teflón.


Polímeros con vida. Los polímeros con vida son una ramificación importante de la polimerización iónica. Cuando se lleva a cabo una polimerización y no se introducen agentes para terminación de las cadenas, se forma un polímero cuya longitud de cadena se puede estimar basándose en la viscosidad de la solución de poliestireno. Los extremos de su cadena se encuentran sin terminar y este polímero se designa como “con vida”. Si se añade más monómero semanas o incluso meses después, se obseva un notable aumento de viscosidad, lo que demuestra que las cadenas de polímero inician de nuevo su crecimiento cuando cuentan con más monómero.


ALQUINOS

Los hidrocarburos cuyas moléculas contienen el triple enlace carbono-carbono se denominan alquinos. Los alquinos tienen la fórmula general CnHn y por lo tanto contiene una menor proporción de hidrógeno que los alquenos o los alcanos.

TAREA Consulte el comportamiento de solubilidad de los alquinos y su densidad con relación a la densidad del agua.

TAREA. Consulte el cambio de estado físico de los alquinos respecto al aumento del peso molecular.

3.1 OBTENCIÓN DE ALQUINOS.

a) Reacciones de eliminación a partir de alcanos.

H H base
R – C – C – R → R – C ≡ C - R
X X (-2HX)


Ejemplo específico.

CH3-(CH2)7-CH – CH2 + NaNH2 → CH3-(CH2)7-CH ≡ CH + 2 NaBr
Br Br ∆

Donde NaNH2 =

Esta deshidratación también se puede realizar en medio básico en presencia de etanol y suministrando calor.

CH3 –CH2 –CH – Br + 2KOH → CH3 - C ≡ CH + 2KBr
∆ etanol


3.2 REACCIONES DE LOS ALQUINOS.

Reacciones de adición de hidrógeno

R – C ≡ C – H + H2 → R – CH = CH2 + H2 → R- CH2 –CH3
catalizador Ni catalizador Ni

a) Reacciones de adición de halógenos

TAREA. De acuerdo a la reacción general, escriba la reacción final de deshidrogenación del 4,4- Dimetil-1-pentino. en presencia de níquel como catalizador.


b) Descomposición oxidativa de los alquinos.

R – C ≡ C – H KMnO4 y luego en medio ácido 2 R- COOH + CO2
Básico
TAREA. De acuerdo a las normas de nomenclatura para los hidrocarburos, escriba la fórmula estructural de cada uno de los siguientes compuestos:

1. 3-cloropropino
2. 1-cloro-2-butino
3. 5-metil-1-hexino
4. 4,4-dimetil-1-pentino.


4 . COMPUESTOS CÍCLICOS

TAREA. Consultar la fórmula estructural de los siguientes compuestos

1) ciclohexeno.
2) 1,3- ciclopentadieno
3) 1,3-ciclohexadieno

TAREA. Teniendo en cuenta que los compuestos cíclicos doblemente insaturados sufren las mismas reacciones de los alquenos, plantee la reacción de hidrohalogenación del 1,3 ciclohexadieno a ciclohexano.

5. COMPUESTOS AROMÁTICOS BENCENOIDES.
Se denominan así a los compuestos del benceno, C6H6
En 1825, Michael Faraday, un científico a quien se recuerda más por su trabajo en relación a la electricidad, aisló una nueva sustancia, el benceno. Este compuesto fue ejemplo de una nueva clase de sustancias orgánicas llamadas compuestos aromáticos.
El benceno y otros compuestos aromáticos se caracterizan por una tendencia a llevar a cabo las reacciones de sustitución características de los compuestos saturados y no las reacciones de adición características de los compuestos insaturados. La mayoría de los primeros compuestos aromáticos se obtuvieron de bálsamos, resinas, o aceites esenciales. Entre ellos se encontraron el benzaldehído (aceite de almendras amargas) , el ácido benzoico y el alcohol bencílico.

5. COMPUESTOS AROMÁTICOS NO BENCENOIDES.

Existen muchos ejemplos de compuestos aromáticos. Se dividen en una amplia clase de moléculas aromáticas llamadas hidrocarburos aromáticos policíclicos bencenoides.

· Naftaleno (dos anillos)
· Antraceno (tres anillos aromáticos)
· Fenantreno ( tres anillos aromáticos)
· Pireno ( cuatro anillos aromáticos)
· Coroneno Seis anillos aromáticos formando una corona

Ejercicios en clase.

1,2 dimetilbenceno o xileno
1,2 dinitrobenceno
1-etil , 3-propilbenceno
P-nitrofenol
1-isopropil, 3-metilciclohexano
1-etil- 2-propilciclobutano.

FUNCIÓN QUÍMICA.

Está constituida por un grupo de átomos que presentan una disposición particular, siempre la misma. Este grupo de átomos se llama grupo funcional. Por el hecho mismo de que son los átomos que los componen los que participan en las reacciones características de la función, dicha agrupación característica de los átomos le confiere a la molécula un cierto número de propiedades comunes.

APLICACIONES DE LOS COMPUESTOS AROMATICOS

Terpenos. El olor de la menta, el aroma del cedro, eucaliptos, naranjos, limoneros, pino, la fragancia de rosas y el color de las zanahorias y tomates se debe en gran medida a una clase de compuestos que se conocen como terpenos. Los terpenos se encuentran en diversas especies y sabores, como albahaca, jengibre, menta verde, hierbabuena, limón y clavo.
Los terpenos se caracterizan por esqueletos de carbono construidos con unidades de isopreno (3-metil-1,3-butadieno) es un dieno conjugado.
Los terpenos se clasifican de acuerdo con el número de unidades de isopreno que hay en la molécula. Los terpenos mas sencillos tienen dos unidades de isopreno (diez carbonos) y se llaman monoterpenos.

Colesterol.La formación de terpenos es un proceso de polimerización que puede continuar en los organismos biológicos hasta el punto de formar ciertas moléculas muy complejas. Un proceso de este tipo es la formación del colesterol, un precursor multicíclico de hormonas metabólicas y sexuales que se forma a partir de unidades similares al isopresno.
Muchos compuestos aromáticos han sido señalados como agentes causantes de cáncer. Entre ellos hay especies tanto naturales como sintéticas. Se ha demostrado que el humo del cigarrillo contiene más de 4000 compuestos químicos, entre ellos varios aromáticos policíclicos como el benzopireno, compuesto carcinógeno.
Muchos hongos y plantas producen compuestos aromáticos que son potentes carcinógenos. Entre ellos están sustancias químicas como la aflatoxina B1 y la agaricina, que provienen de hongos, y diversas toxinas del tabaco. La aflatoxina B1 es producida por un moho, aspergillus flavus, que crece en cultivos tales como maíz, chiles secos y cacahuates..
Herbicidas. Muchos herbicidas son compuestos aromáticos.

GRUPOS FUNCIONALES ORGÁNICOS MÁS IMPORTANTES.

TAREA. Completar el cuadro con base al ejemplo.

Hidrocarburo. fórmula de proyección Nombre formula ejemplo

1. Saturado
( alcano ) C - C R – CH2-CH2-R etano CH3 –CH

2. Etilénico
(alqueno)

3. Acetilénico
(alquino)

4. Alcohol

5. Aldehído

6. Cetona

7. Ácido

8. Éter

9. Amina

10. Amida

11. Nitrilo
Halogenuro de
alquilo


COMPUESTOS ORGÁNICOS OXIGENADOS.

Los compuestos orgánicos oxigenados poseen en su grupo funcional uno o varios átomos de oxígeno. Se encuentran abundantemente en los organismos vivos y tienen gran importancia industrial. Entre estos compuestos tenemos:

· Alcoholes
· Fenoles
· Éteres
· Aldehídos
· Cetonas
· Ácidos.


ALCOHOLES y FENOLES.

Se pueden considerar como derivados del agua, por sustitución de uno de los hidrógenos de ésta por radicales alquilo (alcoholes) o arilo (fenoles)

Los alcoholes también pueden definirse como los compuestos obtenidos al sustituír uno o más hidrógenos de los compuestos alifáticos por grupos hidroxilo, - OH. Según el carbono al que pertenezca el hidrógeno sustituído, tendremos los alcoholes primarios, secundarios y terciarios.

NOMENCLATURA DE LOS ALCOHOLES.

Los alcoholes se nombran cambiando la terminación “o” del hidrocarburo correspondiente por “ol” e indicando la posición del grupo alcohólico, comenzando a contar los carbonos por el extremo más próximo al grupo funcional. Se nombra la cadena más larga que contenga el grupo.
Ejemplos
CH3
CH3 – CH – CH3 CH3 –CH –CH2 –OH CH3 – C - CH – CH3
OH OH CH3 OH

2- propanol 1,2- propanodiol

TAREA. Complete la serie homóloga de los alcoholes.

Metanol CH3OH
Etanol
Propanol
Butanol.

Todas las sustancias de una serie homóloga presentarán las propiedades características de la función a que pertenecen, pero no todos los compuestos tendrán las mismas propiedades físicas y químicas, ya que el cambio gradual en su estructura llevará consigo una modificación en aquellas propiedades. Los términos consecutivos de una serie difieren entre sí en un grupo metileno, a medida que aumenta el número de grupos (-CH2-), en una serie, por ejemplo la serie del alcohol, cada vez es menor la influencia del grupo funcional –OH ya que la cadena va adquiriendo más carácter de hidrocarburo.

TAREA. Consultar la importancia industrial y revisar la hoja técnica de los siguientes alcoholes:
Alcohol metílico
Alcohol etílico
Alcohol isopropílico
Etilén glicol

Propiedades físicas.
Los alcoholes monohidroxílicos primarios y secundarios de hasta nueve carbonos son líquidos, a temperatura ambiente; los siguientes son sólidos. Presentan, por tanto, puntos de fusión y ebullición elevados, en comparación con los hidrocarburos del mismo número de carbonos.
Los alcoholes son moléculas polares y pueden formar puentes de hidrógeno con las moléculas de agua y así, son solubles en ésta. A medida que aumenta el peso molecular disminuye la solubilidad en agua y aumenta la solubilidad en solventes orgánicos apolares como benceno, éter, etc.

Propiedades Químicas.
Los alcoholes deben su comportamiento a las características del grupo hidroxilo presente en sus moléculas.


OBTENCIÓN DE ALCOHOLES

Hidratación de alquenos
Hidrólisis de haluros de alquilo
Reducción de ácidos, aldehídos y cetonas
Adición de reactivos de Grignard sobre aldehídos o cetonas y posterior hidrólisis

a) Hidratación de alquenos

H2SO4 +
CH3 – CH = CH2 + H+OH- → CH3 – CH –CH3 → + OH- → CH3 - CH – CH3
OH
Se trata de una reación de adición, electrófila , que sigue la regla de Markownikoff y por tanto el grupo –OH, procedente del agua va al carbono más sustituído, obteniéndose alcoholes secundarios o terciarios.

b) Hidrólisis de haluros de alquilo.

En esta reacción se emplea un catalizador básico que sirve para neutralizar el ácido HX y se realiza en disolución acuosa de etanol.
Se trata de una sustitución nucleófila.

H
+ ∕ OH-
R – CH2 - Cl → R – C __ H + Cl- → R- CH2OH + Cl-

c) Reducción de ácidos, aldehídos y cetonas.

H
∕ AlLiH4
R – C = O → R – CH2 - OH


Como reductor se utiliza el tetrahidruro de aluminio y litio, o bien, hidrógeno y catalizadores.

REACCIÓN DE ALCOHOLES.

a) Reacciones ácido-base.

Los alcoholes, debido a la polaridad del –O-H, presentan un carácter débilmente ácido y así pueden reaccionar en frío con metales muy activos ( sodio, potasio) liberando hidrógeno.

R – OH + Na → R –O- Na+ + ½ H2

Debido a la existencia de pares de electrobnes sin compartir, en el oxígeno del grupo hidroxilo, los alcoholes pueden comportarse como bases frente a los ácidos fuertes (HCl). Así: H
   
CH3 - O – H + H+Cl- → CH3 – O - H + Cl-
   

La sal de oxonio obtenida es similar al ion hidronio, H3O+ que forman los protones con la molécula de agua.

b) Sustitución del grupo hidroxilo.

Los alcoholes reaccionan con los halogenuros de hidrógeno, HCl, HBr y HI produciendo halogenuros de alquilo y agua. En estas reacciones los alcoholes actúan como bases de Lewis:

H   + - H
R – C → O ← H + H Br → H – O – H + R - C - Br
H   H

Los alcoholes terciarios reaccionan con mayor facilidad.

c) Deshidratación de alcoholes.

Al reaccionar los alcoholes con ácido sulfúrico concentrado se obtienen hidrocarburos etilénicos o éteres, según la temperatura a la que se efectúe el proceso. En el primer caso el protón ( reactivo electrófilo) ataca un par electrónico del oxígeno y como consecuencia, éste atrae el par de electrones que comparte con el carbono y se elimina CH3 – CH2+ que da etileno por pérdida de un protón.

H H2SO4
CH3 – C → O ← H ↔ CH2 = CH2 + H2O
H 180ºC

Oxidación de alcoholes.

Los alcoholes primarios y secundarios se oxidan, con permanganato de potasio en medio básico o dicromato potásico en medio ácido, hasta aldehídos o cetonas respectivamente:

R – CH2 – OH Mn2O4- R -CHO
→
R – CH– R´ Cr2O72-( H2SO4) → R – C = O
OH R´∕

La primera reacción debe ser controlada para evitar la formación de ácido. Por el contrario, la oxidación continúa y el aldehído se transforma en el ácido correspondiente.

R – CHO Mn2O4- R - COOH
↔
Las cetonas formadas en la segunda reacción pueden oxidarse hasta ácidos, rompiéndose la cadena por el grupo carbonilo y dando lugar a dos ácidos. La oxidación de cetonas es muy difícil, siendo necesário utilizar oxidantes muy fuertes y en condiciones enérgicas.
Los alcoholes terciarios sólo se oxidan en condiciones drásticas y con ruptura de la cadena.

d) Reacciones de fenoles.

Los fenoles presentan carácter ácido y el hidrógeno del grupo hidroxilo es sustituído con relativa facilidad. Esto se debe a la estabilidad del ión fenoxi que presenta varias estructuras resonantes.
Al salir el hidrógeno, el oxígeno queda cargado negativamente. El doble enlace más cercano se deslocaliza hacia el carbono más cercano.

El fenóxido reacciona con metales activos, desprendiendo hidrógeno, como ocurría con los alcoholes y además puede neutralizarse con bases fuertes en solución acuosa.

O- H+ δ- δ+ O- Na+
Ø + HO Na → Ø + H2O

Donde Ø corresponde al benceno.

El grupo OH- del fenol dirige la entrada de nuevos sustituyentes a orto y para debido a la mayor densidad electrónica que existe en esas Posiciones. Así, el fenol se Nitra fácilmente con ácido nítrico diluido dando una mezcla de isómeros orto y para.

δ- δ+
O- H+ + HO – NO2 diluido → o- nitrofenol + p- nitrofenol
Ø


O- H+ + HNO3 (conc) → 1,3,4- trinitrofenol.


ALDEHÍDOS Y CETONAS


TEMAS QUE FALTA COMPLEMENTAR.

Estructura de aldehídos y cetonas.
\
Estos compuestos oxigenados contienen el “grupo carbonilo”, C = O (cetona)
∕

APLICACIÓN DE ÁCIDOS. - COOH

Conservadores de alimentos. Las sales de los ácidos carboxílicos o a veces lo ácidos mismos inhiben el crecimiento de bacterias, hongos y otros microorganismos.
Ejemplo. Benzoato de sodio.
Derivados de ácidos carboxílicos. Los analgésicos ( medicamentos que alivian el dolor) se cuentan entre las aplicaciones medicinales más importantes de los derivados de ácidos carboxílicos. La aspirina es una molécula bifuncional. Cuenta con dos grupos: el grupo ester y el ácido acético.


APLICACIÓN DE ESTERES. - COOR

Poliéster. Polímero en el cual las unidades estructurales repetitivas están conectadas por enlaces éster.

Un alcohol reacciona con un ácido para producir un éster y una amina con un ácido para producir una amida. Si el ácido es un ácido dicarboxilico y el alcohol o amina es un dialcohol o una diamina. Ambos extremos pueden reaccionar. El resultado es una reacción repetida para producir un polímero gigante.

La formación de poliésteres es análoga a la de las poliamidas. Un diéster se condensa con un diol. Ambos extremos de las dos moléculas reaccionan de manera continua para formar enlaces de ester por un proceso de transesterificación. Las fibras textiles que se conocen como dacrón y las películas transparentes son poliésteres que se producen a partir del éster dimetílico del ácido tereftálico (para etanoato de dimetil benceno) y etilenglicol. La reacción se produce entre el hidrógeno de cada alcohol y el grupo de CH3O- del ester.


APLICACIÓN DE AMIDAS. - CONH2


poliamida. Por ejemplo, el nylon 66 se produce a partir de ácido adípico (un ácido dicarboxílico de 6 carbonos) y hexametiléndiamina . Reacciona el grupo hidroxilo del ácido y uno de los hidrógeno de la amina.:Ambos extremos de las dos moléculas reaccionan de manera repetida para producir un largo polímero que crece por pasos sucesivos.


El kevlar, una poliamida aromática que se conoce como aramida, es un polímero excepcionalmente fuerte que se usa en cuerdas de neumáticos radiales y en chalecos a prueba de balas. Su equivalente con orientación meta, el Nomex, se usa en ropa resistente al fuego ( para bomberos, por ejemplo) y en partes tanto internas como externas de aeronaves, vehículos espaciales y barcos.

Barbitúricos. Los barbitúricos se preparan condensando úrea con ésteres masónicos y esteres masónicos disustituídos. La reacción se produce entre cada uno de los hidrógeno de la úrea y el grupo


Lista 2. ORDEN DE PRIORIDAD DE LOS PRINCIPALES GRUPOS FUNCIONALES.

Función Grupo funcional Sufijo Prefijo
(como grupo principal) (como grupo secundario)

Ácido - COOH - oico

Éster - COOR - oato de alquilo alcoxicarbonil

Amida - CONH2 - amida carbamoil

Aldehído - CHO - al formal

Cetona -CO- - ona oxo

Nitrilo -CN- - nitrilo ciano

Alcohol -OH - ol hidroxi

Amina - NH2 - amina amino

Halógen X (flúor, cloro,etc) - nombre del halógeno


De acuerdo al orden de prioridad, escribir la fórmula de los siguientes compuestos:4- centeno- 2 –ol


ISOMERIA.

Los isómeros son con la misma fórmula molecular y diferentes formula estructural , lo cual hace que difieran en sus propiedades.
Tipos de isomería.

1) Plana o estructural.
· Cadena u ordenación
· Posición
· Función
2) Estereoisomería o del espacio.
· Isomería óptica
· Isomería geométrica (cis-trans)

1) Isomería plana.

· De cadena u ordenación.
Corresponde a hidrocarburos que difieren en la disposición de los átomos de carbono en la molécula.

TAREA. Escribir la fórmula estructural de los isómeros de cadena que puedan tener el butano y el pentano.

2) Isomería de posición.

Se presenta en compuestos que únicamente difieren en la posición del grupo funcional.

TAREA. Escribir la fórmula estructural de los isómeros de posición de los siguientes compuestos:

1- cloropropano _______________­­­­­­­_____ 2- cloropropano ___________________

1- buteno _______________­­­­­­­_____ 2- butano ______________________


3) Isomería de función.

La presentan compuestos que presentan diferente grupo funcional para la misma formula molecular. Ejemplo:


Etanol: CH3 – CH2 –OH y éter dimetílico CH3 – O _ CH3
CH3 H
Acetona : CH3 –C ∕ = O y propanal CH3 – CH2 –C ∕ = O


4) Isomería óptica.

Los isómeros ópticos son compuestos que se diferencian entre sí únicamente por una de sus propiedades físicas, el poder rotatorio. Tienen las mismas propiedades físicas y químicas.
La isomería óptica fue descubierta por Pasteur e interpretada por Le Bel y Van´t Hoff mediante la teoría del carbono asimétrico.

La isomería óptica se caracteriza porque uno de los isómeros tiene un poder rotatorio (+ά) al cual le corresponde siempre un isómero del mismo poder rotatorio (ά), pero de signo contrario(-ά), estos dos isómeros constituyen una pareja de antípodas ópticos o enantiómeros, uno levógiro y otro dextrógiro. Los dos antípodas ópticos se mezclan molécula a molécula para formar un nuevo isómero evidentemente inactivo a la luz polarizada que se llama racémico inactivo por compensación externa o racémico desdoblable.

TAREA. Consultar los isómeros correspondientes al ácido láctico.

5) Isomería geométrica o cis-trans

Esta isomería se denomina también etilénica, por ser producida por los átomos de carbono con doble enlace. Aparece cuando un doble enlace impide rotación en torno de un enlace entre dos átomos, cada uno de los cuales está unido a dos grupos diferentes. Los dos radicales R y R´ pueden estar tanto situados al mismo lado con respecto al plano horizontal, o bien a uno y otro lado del plano. Estos dos isómeros se designan con los términos cis y trans.


FORMULAS MOLECULARES Y ESTRUCTURALES- ISOMERÍA.

ISÓMEROS. Son compuestos con la misma formula molecular pero diferentes formulas estructurales.
Estos diferentes compuestos con la misma formula molecular pero distinta formula estructural.
Existen cuatro clases de isomería.

1. Isomeria estructural. Diferentes átomos están enlazados entre sí.
· Isomería de esqueleto
· Isomería de posición
· Isomería funcional.

2. Esteroisomería .Los mismos átomos están enlazados unos con otros, pero su configuración en el espacio es diferente.
Geométrica.
De conformación
Óptica..

Isómeros de esqueleto. Son isómeros que difieren en la disposición de la cadena carbonada.
Isomería de posición. Son isómeros que difieren en la ubicación de un grupo sin carbono o un doble o triple enlace.

Isomería de conformación. Son isómeros que difieren como resultado del grado de rotación en torno a un enlace carbono-carbono sencillo.