UNIDAD 1
NOCIONES PRELIMINARES DE QUÍMICA ORGANICA
OBJETIVOS:
1- Diferenciar los compuestos orgánicos de los inorgánicos tanto en propiedades físicas , como en las químicas .
2- Calcular fórmula empírica de un compuesto orgánico .
3- Calcular la fórmula molecular de un compuesto orgánico .
4- Construir la fórmula estructural de un compuesto .
5- Diferenciar los tipos de enlaces que presenta el átomo de carbono .
6- Representar por orbitales moleculares algunas moleculares orgánicas .
Principios básicos .
La química orgánica estudia los compuestos derivados del átomo de carbono , especialmente los llamados hidrocarburos , que están constituidos por carbono e hidrogeno y sus derivados .
Reseña histórica de la química orgánica .
Los antibióticos , detergentes , plásticos , hormonas , insecticidas , vitaminas , fibras sintéticas , explosivos , anticonceptivos, son importantes compuestos , constituidos por átomos de carbono , son compuestos orgánicos que intervienen de una manera importante en la utilización y conservación de la especie y desarrollo de la industria .
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En 1747
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Marggraf obtuvo la sacarosa de la remolacha
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En 1773
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Rovile aisló la urea CO(NH2) de la orina
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En 1775
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Lovoisier explicó la combustión y la respiración , investigó que los compuestos producidos por los seres vivos llevan carbono . Define elemento y compuesto .
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En 1775 – 1785
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Scheele aísla el ácido benzoico , glicerina , ácido tantánico , cítrico , láctico .
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En 1808
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Dalton propone la teoría atómica
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En 1805
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Serturner aísla la morfina
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En 1807
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Benzelius define la química orgánica
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En 1816
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Obtienen naftalino a partir del alquitrán de hulla
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En 1818
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Chevreul aísla el coresterol
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En 1818 - 1821
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Pelletier-Caventon aíslan la estricnina, brucina , quinina.
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En 1823
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Liebig.Wohler observan el isomerismo en cianatos y fulminatos
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En 1823
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Chevreul investiga la composición de grasas y aceites
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En 1825
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Faraday aísla el benzeno en el gas de alumbrado
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En 1828
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Dumas propone la teoría del eterino, que consistía en que los compuestos orgánicos , son producto de la adición del etileno
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En 1828
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Wohler , sintetiza la urea a partir del cianato de amonio .
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En 1830
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Se obtiene la nicotina , amigdalina , atropina.
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En 1834
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Mitscherlich nitra el benzeno
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En 1839
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Dumas observa que el cloro sustituye al hidrogeno , obtiene el ácido tricoroacético a partir del ácido acético .
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En 1842
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Gerhardt obtiene la quinolida
Hufmann, encuentra la anilina y en benzeno en el alquitran de hulla
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En 1848
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Qurtz descubre la aminas y su correlación con el amónico
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En 1852
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Frankland expresa el concepto de valencia como capacidad de saturación
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En 1852
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Williamson descubre la estructura de los éteres y demuestra que son del tipo agua
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En 1858
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Kekulé y Couper , proporcionan la tetravalencia del carbono y las fórmulas de cadenas de carbono
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En 1858
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Perkin , sintetiza la mauvenia , primer colorante de la anilina
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En 1860
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Aceptación del concepto de molécula de anogrado , corrección de pesos atómicos
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En 1861
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Lauth , obtiene la violeta de metilo
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En 1865
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Kekulé propone la estructura anular del benceno
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En 1867
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Graebe y Liebermann sintetizan la alizarina
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En 1874
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Van´t Hoff y Le Bel , exponen las bases de la estereo química
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En 1877
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Síntesis de Friedez-Crafts
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En 1879
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Se polimeriza el isopreno hasta hulle
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En 1879
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Witt expone la teoría de cromoforos y auxocromos para explicar compuestos colorantes
Baeyer sintetiza el índigo
Fischer obtiene isazonas de los azucares
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En 1883
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Victor Meyer aísla tiofeno y establece la esteroisomería del nitrogeno
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En 1885
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Laar explica la tantomería
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En 1885
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Baeyer, expone la teoría de la tensión
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En 1887
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Claisen , explica la sintesis del estar auto acético .
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En 1890
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Menschutkin-Meyer exponen el impedimento entérico
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En 1890
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Gattermann encuentra como sustituir el grupo diazo por halógenos , grupos cianos
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En 1891
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Stoney usa el termino clechón
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En 1892
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Net habla del carbono divalente
Fisher averigua la composición de los derivados del ácido úrico
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En 1895
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Roentgen descubre los rayos X
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En 1896
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Becquerel descubre la radioactividad del uranio
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En 1897
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Wiechart y Thomson observan que la materia radiante son partículas negativas procedentes de la descomposición de los átomos
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En 1897
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Willtatter sintetiza la atropina
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En 1899
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Thiele propone la teoría de las valencias parciales
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En 1899
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Rutherford descubre rayos alfa y beta
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En 1900
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Becquerel encuentra que los rayos beta son los mismos rayos catódicos
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En 1900
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Grignard encuentra que los haluros organometálicos son intermediación para la síntesis de compuestos
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En 1900
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Gumberg obtiene un verdadero radical y habla del carbono trivalente
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En 1902
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Rutherford estudia la radioactividad y la desintegración atómicas
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En 1906
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Tsweet desarrolló la cromatografía
Kippin investiga los silanos
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En 1907
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Baekeland obtiene la bakelita
Sterling introduce el concepto de hormona
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En 1909
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Rutherford encuentra que los rayos alfa son He .
Descubrimiento del núcleo del átomo
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En 1912
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Stoll y Willstatter averiguan la estructura de la clorofila
Átomo de Bohr
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En 1916
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Lewis , enlace covalente
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En 1918
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Mohr propone los anillos plegados
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En 1919
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Langmuir , enlace covalente coordinado
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En 1920
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Doisy , Ruzicka , Butenaanot , hormonas esteroides
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En 1927
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Fleming , encuentra la penicilina
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En 1928
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Carothers , polímeros de condensación
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En 1944 – 1975
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Robinsson , Woodward , quinina , morfina , estricnina , cortisona , clorofila , vitamina B12 , biotina .
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En 1951
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Watson y Crick proponen la doble hélice para el DNA .
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En 1962
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Merrifield inventa la máquina para sintetizar proteínas
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En 1974
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Síntesis de la vitamina B12
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La química orgánica estudia las propiedades físicas y químicas de los compuestos que poseen el elemento carbono.
Historia.
XVIII se destacó W. Scheele aisló gran cantidad de productos biológicos como:
- Ácido tartárico de las uvas
- Ácido cítrico de los limones
- Ácido málico de las manzanas
- Ácido láctico de la leche
- Ácido úrico de la orina
- Ácido oxálico de la acedera
Rovelle , aisló la urea de la orina humana .
Berzelius , clasifico los compuestos en inorgánicos y orgánicos y estableció la teoría vitalista .
F. Whiler , logró sintetizar urea en el laboratorio .
Kekulé y Couper , dieron el concepto sobre la química estructural de que las moléculas orgánicas poseían estructuras y que los átomos se unían por medio de enlaces químicos .
DIFERENCIAS ENTRE COMPUESTOS ORGÁNICOS E INORGÁNICOS
ORGÁNICOS
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INORGÁNICOS
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1. La mayoría son combustibles
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1. Muy poco combustibles
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2. La mayoría son isómeros
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2. No presentan isómeros
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3. Todos presentan enlaces covalentes
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3. Presentan enlaces iónicos y covalentes
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4. Los encontrados en la naturaleza tienen origen vegetal y/o animales
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4. Se encuentran libres en la naturaleza , en forma de sales y/o óxidos
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5. La mayoría son insolubles en agua y solubles en solventes orgánicos
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5. Son insolubles en solventes orgánicos y solubles en agua
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6. Son muy numerosos , se conocen cerca de 8 millones
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6. Los 108 elementos solo alcanzan a formar tan solo 65000 compuestos
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7. Presentan puntos de fusión y ebullición bajos
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7. Presentan puntos de fusión y ebullición altos debido al carácter polar de sus compuestos
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CLASIFICACION DEL CARBONO EN SUS COMPUESTOS
SEGUN EL NUMERO DE CARBONOS ENLAZADOS
(3°) CH3
CH3 -CH = C - C - CH3
( 1°) (2°)CH3 CH3 (4°)
SEGUN SU HIBRIDACION
O (sp 3)
CH - C = C - C
(sp3)(sp)(sp)(sp2) H
Formulas empleadas en química orgánica :
1. Formula empírica : Nos indica únicamente "el número relativo de las distintas clases de átomo que constituyen la molécula .
2. Formula molecular : Nos indica el número real de cada clase de átomos que forman una molécula .
3. Formula estructural : Nos expresa las posiciones relativas y las valencias correctas de todos los átomos de la molécula .
H H H
H-C - C- C- H FORMULA ESTRUCTURAL CH 3- CH 2- CH3 C 3H 8
H H H FORMULA MOLECULAR
Clases de átomos de Carbono e Hidrogeno .
Carbono primario (1º) Esta unido solamente a otro átomo de carbono .
Carbono secundario (2º) Esta unido a otros dos carbonos .
Carbono terciario (3º) Esta unido a otros tres carbonos .
Carbono cuaternario (4º) Esta unido a otros cuatro carbonos .
Los átomos de hidrogeno se clasifican en igual forma , y se les da la misma designación 1º , 2º , 3º según el átomo de carbono al cual estén unidos .
Descenso crioscópico : Cuando ocurre un descenso en la presión del vapor , simultáneamente se produce un descenso en el punto triple del solvente y por consiguiente en la temperatura de congelación de la solución .
DTC =(T C)SOLVENTE -(T C)SOLUCION
El descenso crioscópico es directamente proporcional a la molaridad de las partículas del soluto .
DTC =KC * m
DTC=W soluto * Kc
M soluto*Kg solvente
Problema .
Se disuelven 4 grs de una sustancia orgánica en 500 grs de C6H6 y esta solución se congela a 5.244º C . Cúal es el peso molecular de dicha sustancia . Punto de congelación del C6H6 puro 5.5º C.
DTC =KC * m =5.5°C -5.2°C=0.256°C
DTC= W soluto * Kc = (4*5.12) / (0.256*0.5)=400g/mol
M soluto*Kg solvente
Presión osmótica : Es el paso de un solvente a través de una membrana semipermeable llamándose osmosis y la presión de paso del solvente a través de dicha membrana .
PV=nRT
Problema .
Cuál es peso molecular de una sustancia orgánica si 4 grs de la misma fueron disueltos hasta completar 500 ml. de solución y si su presión osmótica fue de una atmósfera a 25º C.
Hibridaciones
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Es el proceso de combinar orbitales atómicos de un átomo con el fin de producir igual número de orbitales híbridos , pero de características diferentes a los originales .
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En los enlaces del átomo de carbono intervienen el orbital 2s y los tres orbitales 2p . Cuando ellos se unen originan cuatro orbitales átomos sp3 , los cuales son de igual forma y tamaño ; sus ejes de simetría forman entre si ángulos de 109º 28´ . Así :
C=6 1s2 ,2s2 2p6 2s1 2px1 2py1 2pz1
1(2s 1)+1(2px1 )+1(2py1 )+1(2pz1 )=4sp3 HIBRIDACION TETRAGONAL
HIBRIDACIÓN
Todos los trabajos realizados acerca del carbono en los compuestos saturados ( aquellos que únicamente tienen enlaces simples ) indican que las cuatro valencias de este átomo son equivalentes . Esto estaría en contraposición con lo anotado en la tabla ( estado excitado ) , ya que ahí se observan tres valencias equivalentes ( la correspondientes a los orbitales 2px , 2py y 2pz ) , pero una diferente ( la correspondiente al orbital 2s. ) .
Para conseguir con las cuatro valencias sean equivalentes, los cuatro orbitales "puros" han de mezclarse o hibridarse .
Esta hibridación ocurre cuando el átomo está excitado y puede presentarse de tres modos diferentes : tetraedral , trigonal y digonal .
A.- HIBRIDACIÓN TETRAEDRAL O TETRAGONAL .
En este tipo de hibridación los orbitales , 2s, 2px, 2py y 2pz se hibridan , dando como resultado cuatro orbitales iguales o equivalentes , dirigidos hacia los vértices de un tetraedro regular . Estos orbitales híbridos se representan por el símbolo sp3 , que indica que se han formado a partir de un orbital de tipo s y de tres orbitales de tipo p (el exponente 1 para s se subentiende )
Como resultado de esta hibridación , el átomo de carbono queda con cuatro valencias exactamente equivalentes y dirigidas hacia los vértices de un tetraedro . El ángulo formado por cada dos orbitales es el del tetraedro o sea 109º 28´.
Es de notarse que dicho orbital está concentrado a un lado del núcleo y que hay una pequeña "cola" que se extiende en dirección opuesta . En las figuras se han suprimido estas "colas" para mayor claridad .
B.- HIBRIDACIÓN TRIGONAL .
En este caso los orbitales 2s, 2px, y 2py, y resultan tres orbitales coplanares equivalentes, que forman ángulos de 120º en el plano xy. El orbital híbrido se denota por sp2 y tiene la misma forma del orbital sp3 , sino que permanece "puro" , y es perpendicular al plano formado por los tres orbitales híbridos .
C.- HIBRIDACIÓN DIGONAL .
En este tipo de hibridación solamente participan los orbitales 2s y 2px , produciendo dos orbitales colineales equivalentes de forma semejante a los sp3 y que se denotan con las letras sp. Los orbitales no se hibridan .
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ELEMENTO
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BERILIO
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BORO
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CARBONO
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         CONFIGURACION
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1s 2s 2px2py2pz
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1s 2s 2p
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1s 2s 2p
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ESTADO NORMAL
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( ) ( ) ( ) ( ) ( )
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( ) ( ) ( ) ( ) ( )
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( ) ( ) ( ) ( ) ( )
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   ESTADO EXCITADO
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( ) ( ) ( ) ( ) ( )
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( ) ( ) ( ) ( ) ( )
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( ) ( ) ( ) ( ) ( )
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ESTADO HIBRIDIZADO
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1s2 2s1 2px1
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1s2 2s1 2px1 2py1
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1s2 2s| 2px| 2py| 2pz|
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HIBRIDACION
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DIGONAL 180°
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TRIGONAL 120°
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TETRAEDRICA 109°28´
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HIDROCARBUROS .
Los compuestos orgánicos que solo están constituidos por hidrogeno unidos al carbono se llaman hidrocarburos .
De acuerdo con el grado de saturación de la tetravalencia del carbono con el hidrogeno por la naturaleza o cerrada de las cadenas del carbono se les divide en :
1. ALIFATICOS-ALICICLICOS-CADENA ABIERTA
- Alcanos o parafinas(CnH2n+2) -Enlace sencillo-
- Alquenos u olefinas(CnH2n) - Enlace doble-
- Alquinos o acetiénicos(CnH2n-2) -Enlace triple-
2. CICLICOS CADENA CERRADA
- Carbocíclicos: cicloalcanos,cicloalquenos,cicloalquinos, políciclicos(polialcanos, polialquenos, polialquinos).
- Aromáticos:mononucleares,alquilaromáticos,polinucleares.
- Heterocíclicos.
Forma estructural .
Es la formula que nos expresa las posiciones relativas y las valencias correctas de todos los átomos de la molécula , las formulas estructurales señalan como describir y predecir el comportamiento de todos los compuestos orgánicos : Ejemplo :
H H H
H-C - C- C- H FORMULA ESTRUCTURAL CH 3- CH 2- CH3
H H H DESARRROLADA FORMULA CONDENSADA
Grupos funcionales .
Los grupos funcionales son los átomos o agrupaciones de átomos cuya presencia en una molécula determina las propiedades particulares de la función .
SINOPSIS DE LAS PRINCIPALES FUNCIONES Y NOMENCLATURA GENERAL DE LOS COMPUESTAS ORGÁNICOS .
I. Clasificación general de los compuestos orgánicos :
La clasificación general de los compuestos orgánicos se basa en primer lugar en la forma de sus cadenas carbonadas y así tenemos :
A. Compuestos de cadena abierta : Como su nombre lo indica , los átomos de carbono se encuentran formando cadenas abiertas , que pueden ser rectas (normales) o ramificadas . Ejemplos :
CH 3- CH 2- CH2- CH 2- CH3 CH 3- CH 2-CH 2- CH2- CH2- CH 2- CH3
PENTANO CH 2 CH2 2 METIL,4 ETIL HEPTANO
CH3
Si tenemos en cuenta la teoría del carbono tetrraedrico , encontramos que en realidad , la cadena debe encontrarse formando un zig-zag , por lo cual sería más correcto escribir por ejemplo , la primera cadena de la siguiente manera :
CH 2 CH 2
CH3 CH2 CH 3
En muchos casos es necesario para poder explicar las propiedades de los compuestos , recurrir a formulas especiales , pero en la mayoría de los casos y más que todo por economía de espacio , se siguen utilizando las formulas convencionales y representaciones de la verdadera formula espacial .
Los compuesto de "cadena abierta se distinguen con el nombre general de "cuerpos acíclicos" o también "anfáticos" . Esta ultima denominación ( del griego : Aleiphar = grasa ) fue aplicada originalmente a esta clase de compuestos , debido a que los primeros que se estudiaron eran componentes de las grasas u aceites ; sin embargo , bien pronto se demostró que el inmenso grupo de compuestos alifáticos , solo una pequeña parte pertenecen al grupo de las grasas , por lo cual el nombre [como tantos otros en la química orgánica ) carece de su significado inicial .
B. COMPUESTOS DE CADENA CERRADA :El esqueleto carbonado de estos compuestos forma un sistema cerrado o anillo . Se pueden dividir en dos clases :
1. Compuestos carbocíclicos u homocíclicos .
2. Compuestos heterocíclicos .
1. Compuestos carbocíclicos u homocíclicos : Todos los átomos que forman el anillo, son de carbono , se pueden subdividirs en dos grupos .
· Compuestos bencenoides o aromáticos .
Sus átomos de carbono se encuentran formando un anillo especial , el del benceno. Poseen propiedades características debidas a la presencia de este anillo .
El nombre de compuestos "aromáticos" se debe a que algunos de los primeros que se conocieron en este grupo , se aislaron de materiales empleados en perfumería y como saborizantes , y tenían olor agradable . Pero también pronto se demostró que muchos de los compuestos derivados del benceno no tenían aroma , y aun , algunos de ellos tienen olores francamente desagradables ; sin embargo , el nombre de AROMÁTICO se usa corrientemente , quizás , que el de "bencenoide" .
El alquitran de hulla , es la principal fuente de hidrocarburos de este tipo .
· Compuestos alicíclicos .
Su nombre significa alifático-cíclicos , se llaman así , debido a que tienen un anillo de átomos de carbono , pero por sus propiedades se parecen más a los derivados alifáticos que a los aromáticos . Dos ejemplos de estos compuestos son los siguientes .
CICLOPENTANO CICLOHEXANO
· Compuestos herocíclicos ,
En el anillo de átomos de carbono hay átomos de otros elementos , algunos ejemplos son los siguientes :
O S
FURANO TIOFENO
II. CONCEPTO DE COMPUESTOS SATURADOS Y COMPUESTOS NO SATURADOS .
El postulado clásico fundamental de la química orgánica la tetravalencia del carbono y precisamente basandose en este concepto , tenemos la división entre compuestos saturados y compuestos no saturados .
Considerando en primer lugar , el caso de los hidrocarburos , podemos tener por ejemplo , para compuestos de tres átomos de carbono , los siguientes :
CH 3- CH 2- CH3 CH = CH 2- CH3 CH = C- CH3
I II III
PROPANO 1 PROPENO 1 PROPINO
En la formula I , tenemos que los átomos de carbono se unen entre sí con enlaces sencillos , estando sus otras valencia saturadas por átomos de hidrogeno . Decimos entonces que se trata de un "hidrocarburo saturado" o "alcano".
En la formulas II y III , tenemos que hay dos átomos de carbonos unidos entre sí , respectivamente , por un enlace doble y por un enlace triple :
C=C- C - C = C- C -
Mientras que el resto de las valencias están saturadas por hidrógenos. Estamos entonces en presencia de "hidrocarburos no saturados" ; en el caso del doble enlace tenemos una "olefina" o "alqueno" , y en el caso del triple enlace tenemos una "acetileno" o "alquino" . Pueden existir compuestos de dos o más dobles o triples enlaces , o que tengan al mismos tiempo dobles o triples enlaces . Observese la formula general de los Alcanos CnH2n+2 , en la de los alquenos : CnH2n ; y la de los alquinos : CnH2n-2 , lo cual representa para loa alquenos una diferencia de dos hidrógenos por cada doble enlace , y para los alquinos , una diferencia de cuatro hidrógenos por cada triple enlace , con relación al compuesto , saturado correspondiente .
Además de la saturación o insaturación del esqueleto carbonado , que acabamos de considerar , es posible extender el concepto a cualquier compuesto orgánico . Así por ejemplo , el alcohol (IV) o un eter (V) tienen grupos funcionales saturados ya que únicamente comportan valencias sencillas , mientras que un aldehido (VI) , una cetona (VII) o un ácido (VIII) tienen un átomo de carbono y uno de oxigeno , unidos por un doble enlace :
CH 3- CH 2OH CH 3- CH 2- O- CH 2- CH3
IV ETANOL V DIETILETER
O
CH - C CH 3- C- CH3
H
VI ETANAL O
O VII PROPANONA
CH - C
O H
VIII ACIDO ACETICO
Es lógico que pueden existir alcoholes o éteres con cadena carbonada no saturada , por ejemplo , IX , X , lo mismo que pueden existir di o triolefinas , o compuestos que tengan al mismo tiempo doble o triple enlace , o ácidos aldehidos o cetonas , etc, con cadena no saturada .
CH 2= CH - CH2- OH CH 2= CH2- O-CH 2- CH3
2 PROPEN-1 OL
IX ALCOHOL ALILICO X ETIL VINIL ETER
La presencia en un compuesto orgánico , tanto de una cadena como de una función no saturada ( o de ambos ) trae como consecuencia , la aparición de propiedades muy importantes .
En muchos casos puede ser interesante averiguar la diferencia teórica de hidrógeno ( o puntos de insaturación ) de un determinado compuesto , en relación al compuesto saturado correspondiente .
Para establecer la fórmula saturada correspondiente m se calcula en primer lugar la fórmula de hidrocarburo saturado [CnH2n+2] que corresponda al número de carbonos que tenga el compuesto . A esta fórmula se le hacen las siguientes modificaciones en el número de hidrógenos , según los otros átomos presentes en la molécula , de la manera siguiente ;
Oxigeno y azufre : No modifican el número de átomos de carbono . Así , los compuestos C4H10O ; C5H12S , son compuestos saturados , mientras que los compuestos C2H4O2 y C6H6S . De esta manera , las respectivas deficiencias de hidrógeno son :
El compuesto C2H4O2 tiene entonces una deficiencia de dos hidrógenos ( o , como se dice habitualmente un "punto de insaturación" , ya que cada punto de insaturación es equivalente a una deficiencia de dos hidrógenos ) , y el C6H6S , una deficiencia de 8 hidrógenos , o sea , cuatro puntos de insaturación .
( Notece un doble enlace carbono - carbono , corresponde a un punto de insaturación , un triple enlace a dos puntos de insaturación , y una agrupación - C - ; a un punto de insaturación . Igualmente , un anillo corresponde a un punto de insaturación ).
Nitrógeno : Por cada átomo de nitrógeno , debe sumarse un hidrógeno a los de la fórmula saturada correspondiente .
Así , el compuesto C3H7N , tiene una deficiencia de dos hidrógenos ( un punto de insaturación ) , ya que se formula saturada correspondiente debe ser C3H9N .
De la misma forma , el compuesto C7H5N , tiene seis puntos de insaturación , puesto que la formula saturada sería : C7H17N.
Halógenos : Por cada átomo de halógeno debe restarse un hidrogeno a los de la fórmula saturada correspondiente . El compuesto C5H11Cl es saturada , mientras que el C8H14Br tiene dos puntos de insaturación .
En el caso de estar presentes varios de los elementos mencionados debe hacerse para cada uno de las modificaciones así , la fórmula saturada .
Por ejemplo el compuesto C12H19OBr2N tiene tres puntos de insaturación puesto que su fórmula saturada sería C12H25ObrN.
Una regla práctica al establecer la fórmula de un compuesto orgánico es la siguiente: Todos los compuestos formados solo por carbono e hidrógeno , y los oxigenados y azufrados tienen siempre número para de átomos de hidrógeno ; en cambio , los compuestos con nitrógeno y/o halógenos tienen para o impar el número de hidrógenos , según sea par o impar el número de átomos de nitrógeno y/o halógenos .
III. NOCIÓN DE FUNCIÓN QUÍMICA Y FRUPO FUNCIONAL .
Podemos definir la función química , como el conjunto de propiedades físicas y químicas que caracterizan a un determinado grupo de sustancias . A su vez , la función química se halla determinada por dos factores : los grupos funcionales y la función soporte .
Los grupos funcionales son átomos o agrupaciones atómicas cuya presencia determina las propiedades características de la función .
El esqueleto carbonado de una molécula constituye su función soporte , porque saturandolo con átomos de hidrógeno conduce a la función "hidrocarburo saturado" y si se sustituyen átomos de hidrógeno del hidrocarburo , por grupos funcionales , aparecen las funciones .
CH3-CH2-CH2-CH3 HIDROCARBURO SATURADO
CH3-CH2-CH=CH2 HIDROCARBURO OLEFINICO
CH3-CH2-C = CH HIDROCARBURO ACETILENICO
A su turno , las cadenas carbonadas pueden ser rectas ( entonces se dice que es una cadena normal ); o ramificadas o arborescentes :
En el pentano normal debemos distinguir dos clases de átomo de carbono ; en primer lugar , los dos extremos o "terminales" que se hallan unidos por medio de una valencia sencilla a un solo átomo de carbono , y que reciben el nombre de " carbonos primarios ".
Los otros átomos de carbono , están unidos por medio de valencias sencillas a dos átomos de carbono , y reciben el nombre de " carbonos secundarios ".
En el isopentano , existen tres carbonos primarios , un secundario y uno de nueva clase , el cual esta unido por medio de valencias sencillas a través de tres átomos de carbono , y recibe el nombre de : " carbonos terciarios ".
En el neopentano , además de cuatro carbonos primarios , tenemos un nuevo tipo de carbono ( el central ), que esta unido por cuatro valencias sencillas a cuatro átomos de carbono y recibe el nombre de " carbono cuatenario ".
Para clasificar los átomos de carbono de los compuestos cíclicos , se aplica el mismo criterio que para los compuestos de cadena abierta , y además, se hace la distinción entre los " carbonos cíclicos " o CICLANICOS , y las " Extranucleares " que forman las cadenas laterales :
Las funciones obtenidas por sustitución de los hidrógenos de un carbono primario , se llaman funciones de carbono primario; si es de carbono secundario , funciones de carbono secundario ; y si de terciario , funciones de carbono de carbono terciario . El carbono cuaternario no tiene hidrógeno substituible y por tanto no puede engendrar ningún grupo funcional .
IV. REGLAS DE NOMENCLATURA PARA LOS HIDROCARBUROS .
Al crecer durante la segunda mitad del siglo XIX , el número y la complejidad de los compuestos orgánicos conocido , surgió la necesidad evidente de una nomenclatura sistemática y normalizada . Como consecuencia , representantes de los principales países europeos se reunieron en 1892 en la conferencia de Ginebra para establecer un sistema fijo que permitiera nombrar todos los compuestos ; más tarde, al formarse la Unión Internaciónal de Química Pura y Aplicada , "IUPAC" ( o abreviadamente "IUC" ) , esta se hizo cargo de la sistematización de la nomenclatura . En varias oportunidades se ha ido introduciendo modificaciones oficiales al sistema de nomenclatura , y fueron aprobadas en Londres en 1957 y publicadas en 1958.
Para numerosos compuestos , todavía se utilizan los nombres que ha consagrado la tradición , los cuales deben ser aprendidos de memoria , ya que inclusive se designan de esta manera en la nomenclatura oficial .
Hidrocarburos alifáticos .
El nombre hidrocarburos normales ( no ramificados = se compone de dos partes :
1. Un prefijo que generalmente deriva del griego y que indica el número de átomos de carbono existentes en la molécula .
2. Un sifijo ( la parte final del nombre ) que indica el tipo de hidrocarburo ; "ANO" significa hidrocarburo saturado ( Alcano ) ; "ENO" , hidrocarburo olefínico ( Alqueno ), en "INO" , hidrocarburo acetilénico ( Alquino ) .
Así , para los hidrocarburos saturados normales , tenemos los siguientes nombres .
Series homólogas .
Nótese como los hidrocaruros alifáticos saturados corresponden a la fórmula general CnH2n+2 y que un término se diferencia de sus dos inmediatos ( inferior y superior ) , por un grupo CH2 . Este es un caso general que se presenta en todas las funciones , diferenciandose los términos en valores de CH2 se dice entonces , que los compuestos forman una "serie homóloga" . Los homólogos son cuerpos que teniendo la misma función química , se diferencian entre sí en una CH2 , o en multiplos de CH2 .
Cuando se comparan las propiedades físicas de los miembros de una serie homóloga , se observa que van variando de una manera constante , de acuerdo con el incremento de grupos CH2 en la molécula ; por lo tanto , bastará conocer las propiedades de algunos de los términos de una serie homóloga , para poder deducir las propiedades de cada miembro de las mismas .
Hidrocarburos no saturados .
Es necesario indicar la posición del doble enlace , para esto , se numera la cadena comenzando por el extremo cerca del cual se halla más próximo el enlace no saturado ( en general se comienza al cual se halla más próximo el grupo funcional que se considere fundamental ) . Antes del nombre , se indica el número menor de los carbonos que forman el enlace no saturado ( se supone , que el enlace va de este carbono al inmediatamente superior ) :
Como ya vimos , los hidrocarburos olefínicos responden a la fórmula CnH2n , y los acetilénicos a la fórmula CnH2n-2 .
Antiguamente se utilizaban para nombrar los etenos , nombres terminados en "ileno" , por ejemplo : etileno (C2H4 ) ; propileno (C3H6) , etc. Hoy no se deben utilizar estos nombres ( por lo menos en español ) , para nombrar los hidrocarburos , ya que se utilizan como vemos luego , para los grupos o radicales divalentes .
Los hidrocarburos olefínicos se nombran : eteno , propeno , buteno , etc . Si hay dos o más enlaces no saturados , se indican sus posiciones tal como se ha indicado , y en la terminación se indica el número y la clase de enlaces no saturados :
Como puede verse en el ejemplo anterior , cuando puede escongerse entre dos posibilidades, se le da al doble enlace el número la cadena de modo que se comience por el extremo cerca del cual se encuentre más próximo un enlace no saturado , por ejemplo :
Grupos o radicales .
Los grupos o radicales alifáticos se llaman alquilo o alcohilo . Los monovalentes se nombran cambiando la terminación del hidrocarburo por "ILO" o por "IL" ( algunos de estos grupos tienen nombre propio que es obligatorio recordar) :
GRUPOS SATURADOS
Nótese , como los compuestos que tienen la estructura , han sustituido un hidrogeno de carbono secundario por un enlace :
CH3-CH-
CH3
Y el resto de una cadena no ramificada , se llaman compuesto "ISO" , por ejemplo :
CH3-CH-CH3 ISOBUTANO
CH3
Los que tienen la estructura :
Se llaman compuestos "NEO".
Nota : Antiguamente se utilizaba la palabra "radical" para designar a los grupos . Hoy día se recomienda utilizar el término "grupo" reservando la palabra radical para los compuestos en los cuales hay orbitales con electrón no apareado .
Grupos no saturados :
ETENILO(VINILO) ALILO PROPENILO
CROTILO ETINILO PROPARGILO
Para los grupos divalentes se cambia la terminación por ILENO .
ETILENO ETENILENO
Para los grupos divalentes en carbono terminal , el nombre termina en : ILIDENO .
ETILIDENO ETENILIDENO PROPILIDENO
Hidrocarburos ramificados .
· Hidrocarburos saturados :
El nombre se considera derivado del hidrocarburo correspondiente a la cadena más larga , por sustitución de los hidrógenos de este por grupos alquilo . El nombre debe incluir el número , naturaleza y posición de estos grupos sobre la cadena principal . En los nombres compuestos , se quita la "O" final del nombre de los grupos . Por ejemplo:
CH3 - CH2 Etilo . Se escribe "etil" , etc .
La numeración de la cadena principal se hacia antiguamente ( nomenclatura de Ginebra ) comenzando por el extremo más próximo a la cadena lateral más sencilla y se nombraban los sustituyentes en orden a su complejidad ( primero los más pequeños o los más sencillos ) :
3,5 DIMETIL, 7 ETILDECANO
Cundo dos o más números se refieren al mismo sustituyente , se colocan separados con una coma , como en el caso presente .
Las siguientes normas resumen las reglas de la IUPAC , para nombrar los hidrocarburos y cadenas sustituyentes :
1.
Escoger la cadena más larga presenta en la fórmula ejemplo :
ES UN 3 METILPENTANO Y NO UN ETILBUTANO
2. La cadena más larga se numera en forma continua de un extremo a otro , escogiendo la dirección que de el número más bajo posible a las cadenas laterales . Cuando hay varias posibilidades , se hace una comparación término a término y se escoge como más baja la serie que lleva el número más bajo , en el caso de la primera diferencia . Este principio se aplica sin tener en cuenta la naturaleza de los sustituyentes . Ejemplos :
3 METILPENTANO 2,3,5 TRIMETILHEXANO
3.
La presencia de varios grupos sustituyentes idénticos , se indica utilizando los prefijos di , tri , tetra , penta , etc . Ejemplo :
3,3 DIMETILPENTANO
Cuando como el es caso anterior hay dos o más sustituyentes en la misma posición , puede indicarse utilizando los prefijos bis , tris , Etc. Así , el compuesto se llamaría :
(3,3 - BIS METIL)-PENTANO
4. Para los grupos sustituyentes monovalentes ramificados , su nombre se deriva de la cadena más larga no ramificada , la cual se numera a partir del carbono por el cual se una a la cadena principal , el cual lleva el número 1. Para nombrar las cadenas se indica en primer lugar su posición sobre la cadena principal y luego entre paréntesis el nombre de las cadena ramificadas . Ejemplos :
2 METIL PENTIL 3 METIL PENTIL
No obstante lo dispuesto en esta regla , para los siguintes grupos se utilizan los nombres que aparecen a continuación :
ISOPROPIL ISOBUTIL SECBUTIL
TERBUTIL ISOPENTIL NEOPENTIL
5. Si están dos o más cadenas de diferente naturaleza , ellas pueden seer citades de dos maneras :
A. En orden de aumento de complejidad .
B. En orden alfabético .
En realidad , la IUPAC deja en libertad de emplear cualquiera de los dos métodos . Actualmente la mayoría de los autores prefiere utilizar el orden alfabético , aunque muchos continúan utilizando el primero .
Cualquiera que sea el método que se emplee , los más importante es numerar de modo que los sustituyentes tengan los números comenzando por el extremo cerca del cual se halle más baja posible ( regla #2 ) . Algunos insisten en numerar comenzando por el extremo cerca del cual halle más próximo la cadena más sencilla, pero la regla más importante es la enunciada , de lograr que la numeración se la más baja posible . A este respecto la IUPAC tiene la siguiente regla :
Si dos o más cadenas laterales se encuentran en posiciones equivalentes , se le asigna el número más bajo a aquella que se nombre en primer lugar , ya sea que el orden de citación se base en la complejidad o en el orden alfabético .
Ejemplo :
4 METL, 5 ETILOCTANO(ORDEN DE COMPLEJIDAD)
4 ETIL, 5 METILOCTANO(ORDEN ALFABETICO)
6.
Para establecer el orden de complejidad , la IUPAC fija las siguientes normas :
6.1. La que tiene menor número total de átomos de carbono . Ejemplo :
TERBUTIL
6.2.
A la igualdad de átomos de carbono , la que tiene la cadena recta más larga :
2 METIL BUTIL es menos compleja que NEOPENTIL
6.3.
Aquella cuyo primer sustituyente más largo tiene el número menor . Ejemplo :
2 METIL, 3 ETIL PENTIL es menos compleja que 4 METIL, 3 ETIL PENTIL
6.4. La cadena más saturada . Por ejemplo :
CH3-CH2-CH2- es menos compleja que CH2=CH-CH2-
PROPIL PROPENIL
7. El orden alfabético se decide de la manera siguiente :
7.1.
Se ordenan alfabéticamente los nombres de los sustituyentes y entonces se insertan los prefijos . Ejemplos :
Los sustituyentes son etil y metil , y entonces tendremos :
4- Etil - 3,3- Dimetilheptano .
Nota : Uno de los problemas que se presentan al seguir el sistema de orden alfabético , es que en algunos idiomas los nombres de ciertos grupos se inician con distinta letra , Por ejemplo el grupo :
En realidad estos nombres se derivan del latín o el griego. Siendo esta la manera como se escriben para que de el sonido F. Debiendo por tanto alfabetizarse por F en español y por P en ingles o en los otros idiomas , lo cual trae como consecuencia que el nombre de la sustancia en cuestión sería distinto en los diferentes idiomas . Este es uno de los principales argumentos de los seguidores del orden de complejidad .
Algunos de los alfabeticen con el orden de la letra correspondiente al nombre en ingles ( o en alemán ) ; por ejemplo , en el caso del fenil en la P .
7.2.
Para ordenar alfabéticamente grupos complejos , se tiene en cuenta la primera letra de sus nombre completo . Ejemplo :
5 ETI.,(7(1,2 DIMETIL, PENTIL)TRIDECANO
Dimetilpentil ( como sustituyente completo ) , se ordena como D , y así tenemos :
7(1,2- Dimetilpentil) - 5 - Etiltridecano .
7.3.
Cuando los nombres de sustituyentes complejos esten compuestos de palabras idénticas , se da prioridad para la citación al sustituyente que tiene el número más bajo en el primer punto de diferencia . Ejemplo :
6(1 METILBUTIL) 8 (2 METILBUTIL) TRIDECANO
· Hidrocarburos no saturados .
Para nombrar los hidrocarburos no saturados , con cadena ramificada , se toma como base para el nombre , la cadena más larga que lleve el enlace no saturado aunque no sea la cadena más larga de la molécula . Así el compuesto :
4,5 DIMETIL, 3 PROPIL,
1 HEXENO
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Debe escribirse y compararse :
· Hidricarburos - Aliciticos .
Los cicloalcanos tienen la fórmula general CnH2n , es decir , tienen dos hidrocarburos menos que los hidrocarburos saturados correspondientes de cadena abierta . Los cicloalquenos tienen la fórmula CnH2n-2 ( igual que para los alquinos de cadena abierta ) .
En principio los compuestos carbocíclicos llevan nombres que son simplemente los de los correspondientes de cadena abierta , pero utilizado el prefijo "ciclo".
CICLOPENTANO 3 METIL-1,4 CICLOHEXANO
CUESTIONARIO .
I. Señale con F si la preposición es falsa y con V si es verdadera .
1. ( ) La teoría vitalista fue rechazada cuando sintetizó la urea .
2. ( ) El compuesto CCl4 es orgánico .
3. ( ) Un compuesto combustible se presenta isómeros y no conduce la corriente eléctrica en solución acuosa , es orgánico .
4. ( ) La fórmula molecular es siempre un múltiplo de la fórmula empírica .
5. ( ) No existen compuestos orgánicos polares .
6. ( ) La combustión completa de cualquier compuesto orgánico produce bioxido de carbono .
7. ( ) El punto de ebullición de compuestos orgánicos es mayor que el de los inorgánicos
8. ( ) La mayoría de los compuestos orgánicos no presentan enlaces covalentes coordinados .
9. ( ) La hibridación sp´3 solo presenta en el carbono .
10. ( ) Un ion en un campo magnético describe una trayectoria magnética .
II. Indique la correspondencia entre las dos columnas .
A. Fórmula empírica 1. Número real de átomos .
B. Fórmula molecular 2. Fórmula mínima .
C. Fórmula estructural 3. Distribución espacial .
D. Análisis cualitativo 4. Análisis porcentual .
E. Análisis cuantitativo . 5. Tipo de átomos .
III. Un compuesto posee C,H y O , en la siguiente composición porcentual en peso : C=40% , H= 6,66%y O = 53,34%. Calcular la formula empírica .
IV. Si un compuesto de fórmula molecular C2H4O , al disolver 4,4 grs. Del mismo en 100 grs. De agua la solución congela a - 0.93º C . Cuál es su fórmula molecular
( Kc = 1.86 )
V. Una sustancia que ha sido analizada contiene C = 80% y H = 20% . Cuál será su formula mínima y su forma molecular si su masa molecular es 30 grs? Dar el nombre de la sustancia.
VI. La composición centesimal de una sustancia formada por C,H,O es : C=39,5% , H=6.25% , O= 54,25% . Si la masa molecular calculada para la sustancia es 372 grs. Cuál es su fórmula molecular .
VII. A cada literal de la izquierda correspondiente un numero de la derecha . Encuentre las parejas que se correlacionan .
A. Metal más abundante en la corteza terrestre . ( ) 1. C
B. Elemento más ductil y maleable . ( ) 2. O
C. Metal más abundante en la tierra ( ) 3. Fe
D. Elemento más volatil . ( ) 4. F
E. Elemento más , abundante en la tierra ( ) 5. N
F. Elemento más conductor de la electricidad ( ) 6. Sg
G. Elemento más duro ( ) 7. Au
H. Elemento más reactivo ( ) 8. Al
I. Elemento menos abundante ( ) 9. He
J. Elemento menos axidante ( ) 10. Hg
K. Elemento menos volatil ( ) 11. At
L. Metal de baja fusión ( ) 12. W
M. Elemento de menor reactividad ( ) 13. Pt
N. Elemento indispensable para la vida ( ) 14. H
O. Elemento con mayor carácter metálico ( ) 15. F
P. Elemento con mayor electronegatividad ( ) 16. Na.
