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,INDICEPRÓLOGO A LA PRIMERA EDICIÓN ................................................ .... ...................................
Alquinos .............................................................................................................:......
CAPITULO 5. OXIDACIÓN y REDUCCIÓN .................................................................................... 109...
Sustitución nucleofflica bimolecular ............................................................................ 167Susti...
Selectividad ................................................................................................................
,CAPÍTULO 13. ACIDOS CARBOxíucos y SUS DERIVADOS. SUSTITUCIÓN NUCLEOFiLlCAE" ACILO ..........................................
Reacciones de la D-glucosa ..................................................................................................
Asociaciones hidrato de carbono-lípido ................................................................................. 3...
CAPíTULO 1HiBRIDACiÓN y PROPIEDADES1uchas veces se plantean interrogantes como:·En qué se disuelve mejor la glucosa: en ag...
APRENDIENDO QUÍMICA ORGÁNlCAEl átomoLa mecánica clásica describía el átomo como un núcleo alrededor del cual semovían los ...
Capítulo l. Hibridación y propiedadesLn electrón en el segundo ni vel energético también se mueve en un orbital_-.ré·ri o ...
APRENDIENDO QUÍM1CA ORGÁNICAH-H H:HEstructura de LewisSe puede decir que las funciones de onda moleculares se obtienen sum...
Capftulo l. Hibridación y propiedadesDe esta manera puede unirse a cuatro átomos de hidrógeno, formando dos~~ de enlaces d...
APRENDIENDO QUíMICA ORGÁNICA¿Cómo se orientan en el espacio? Los cuatro orbitales híbridos son equivalen-tes y para lograr...
Capítulo l. Hibridación y propiedades:> r lo tanto existe una hibridación diferente. ¿Cuál? Una hibridación que se- en una...
APRENDffiNDO QUllifiCA ORGÁmCA®... _--- -- ._--® O ,111.."®r1 :--.....® --_ .. _--_... "Elena¿Qué tipo de enlaces están pr...
Capíwlo l. Hibridación y propiedadesH- C= C-HetinoHaciendo comparacionesEn la tabla se muestran las longitudes y fuerzas d...
APRENDIENDO QJÍMICA ORGÁNICAPara comparar esta habilidad, se utilizan dos parámetros: el potencial deionización (PI) y la ...
Capítulo 1. Hibridación y propiedadesionización o la afinidad eJctrónica, se comprueba que el proceso está energéticamente...
APRENDIENDO QUíMICA ORGANICALa polaridad de un compuesto se expresa mediante el momellto dipolar (~) queindica la capacida...
Capítulo l. Hibridación y propiedadesLas propiedades físicasSe indican a continuación algunas de las propiedades físicas d...
APRENDIENDO QUÍMICA ORGÁNICAmayor densidad electrónica (que se simbolizan con o·) se alejen entre sí, aproximán·dose a las...
Capítulo 1. Hibridación y propiedadeslas formas: la molécula de pentano es lineal y la superficie de contacto es muchomayo...
ApRENDTENDo QUÍMICA ORGÁNICAPor otro lado, las moléculas de acetona no pueden interaccionar por puente dehidrógeno entre s...
Capítulo ]. Hibridación y propiedadesEjercicio 3: ¿Qué compuesto de los siguientes pares será más soluble en agua?a) CH,CH...
C APíTULO 2NOMENCLATURA y GRUPOS FUNCIONALESEn este capítulo se analizan las reglas básicas de nomenclatura en química or-...
APRENDIENDO QUÍMICA ORGÁNICALos hidrocarburos saturados lineales de mayor número de átomos de carbonotienen nombres sistem...
Capítulo 2. Nomenclatura y grupos funciollaleshidrógeno en un hidrocarburo saturado se obtiene un grupo alquilo, que se no...
APRENDlENDO QUíMICA ORGÁNICA1 2 3 4 5CH3CH1 HCH2CH31 23 4 5 6 7CH,CHCHzCHCH2CH2CH,t H3 t H2CH37 6 5 4 3 21CH3CHCH2yHCH2CH2...
Capítulo 2. Nomenclatura y grupos funcionales• Cuando existe más de una cadena de longitud máxima, se elige como cadenapri...
APRENDIENDO QU(MICA ORGÁNICA• Se encierra el nombre entre paréntesis y se precede por el número que indica elcarbono de la...
Carbono secundario/C~CH:pH3sec-butilo5-butiloCapítulo 2. Nomenclatura y grupos funcionalesfH3CH31-TCH3ter -butilo·butilo t...
APRENDIENDO QUíMICA ORGÁNICA• Cuando un cicloalcano se une a una cadena alquílica de mayor número de átomosde carbono que ...
Capítulo 2. Nomenclatura y grupos funcionalesOH~ OH~alcohol primario alcohol secundario----1-0Halcohol terciarioPara nombr...
APRENDIENDO QUíMICA ORGÁNICAHay dos formas distintas de nombrar los éteres.Opción J: Anteponer la palabra éter seguida de ...
Capítulo 2. Nomenclatura y grupos funcionalesaidrógenos han sido reemplazados por grupos alquilo, arilo o vinilo. El grupo...
APRENDIENDO QUíMICA ORGÁNICALas reglas de nomenclatura de los alquenos son sencillas y responden a unpatrón general presen...
Capítulo 2. Nomenclatura y grupos funcionales3-metil-1-pentino etino (acetileno)4-isopropil-2-heplinouumáticosEn el capítu...
APRENDIENDO QUÍMlCA ORGÁN1CA• un grupo hidroxilo dando origen al fenol;• un grupo amino dando origen a la anilina;• un gru...
Capítulo 2. Nomenclatura y grupos funcionales. Q-!,Q-!32-etil-l,4-dimetilbencenoEl grupo carboniloBrBr3,4-dibromoaniIina 4...
A PRENDIENDO QUÍMICA ORGÁNICA• se elige la cadena más larga que contiene el grupo funcio nal que dará lugar alnombre base ...
Capítulo 2. Nomenclatura y grupos funcionalesAlgunos aldehídos, cetonas y ácidos carboxílicos tienen nombres comunes.,NOMB...
A PRENDIENDO QUÍMICA ORGÁNICAGRUPOFUNCIONAL PREFIJO SUFIJOácido carboxílico carboxi- -oico (ácido)ácido sultónico sulfo- -...
Capítulo 2. Nomenclatura y grupos funcionalesEn el caso particular de los alquenos y alquinos no existe un prefijo indicat...
APRENDIENDO QUíMICA ORGÁNICAEjerciciosEjercicio l. Nombre los siguientes compuestos:rH3 TH,CH3CH3CH3CH,CHCH,CHCH,~CH3CH- l...
Capítulo 2. Nomenclatura y grupos funcionales6-isoplOpil-2, 5, 8,-trin-etilnonano2, 4 -dÍlretil-5- propilhcptano::: a cici...
CAPíTULO 3ISOMERíAIsómeros estructuralesObserve los compuestos indicados a continuación. ¿Son todos iguales?CH, CH, yH,I I...
APRENDIENDO QUíMICA ORGÁNICAPero sin la letra n, la estructura queda indefinida.Una vez comprendido el concepto se lo pued...
Capítulo 3. Isomeríacarbono se puede ubicar en dos posiciones diferentes. Quedan planteadas tres- -ibilidades:flOCH2CH2CH,...
APRENDIENDO QUíMICA ORGÁNICALas dos estructuras correspondientes al 2-buteno son diferentes pues en uncaso los dos grupos ...
Capítulo 3. Isomeríaa) CH3CH= CBrCH3 cl CH2= C(CHJhEn los casos b y c no es posible. ¿Por qué?b)En ambos casos, hay un gru...
APRENDIENDO QUÍMICA ORGÁNICAdoble enlace se dice que el isómero es Z (en alemán: Zusall1men " juntos). Si que-dan de lados...
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  1. 1. A E• • • !t.LAY O._ ~I E N o••s
  2. 2. ,INDICEPRÓLOGO A LA PRIMERA EDICIÓN ................................................ .... ............................................ 1 3~ACIO ............................................................................................................ .......... .............. 15PARTEA: CONCEPTOS GENERALESCAPÍTULO 1. HIBRIDACIÓN y PROPIEDADES ................................................................................ 19~ átomo .................................................................................................................................. .. 20Los orbitales atómicos .............................................................................................................. 20Cómo asignar electrones a los orbitales atómicos ........................................................... 2 1:..os orbitales moleculares .......................................................................................................... 2 1El metano ,.................... ......................................... .........,........................ .............................. ..... 2251 etano .............,...................,....................,............................................................................... 241:.1 eteno ...................................................................................................................................... 24=:1 etino ........ .............................................................................................................................. 26¿Cómo es el etino? ........................................................................................................... 26Haciendo comparaciones ................................:............................_................................... 27:..a polaridad de un enlace ......................................................................................................... 27la polaridad de una molécula .. ...............................:................................................................. ?9:...as propiedades físicas .............................................................................................................. 31:nleracciones intermoleculares ................................."............................................................... 31l . Interacción entre dipolos permanenles ........................................................................ 312. Interacción entre dipolos temporarios ......................................................................... 323. Interacciones por puente de hidrógeno ....................................................................... 33Ejercicios ................................................................................................................................... 34C-JÍTULO 2. NOMENCLATURA y GRUPOS FUNCIONALES .............................................................. 37.-Icanos ...................................................................................................................................... 37Aprendiendo a escribir fórmulas ...................................................................................... 38¿Cómo se nombran estos compuestos? ........................................................................... 39Cicloalcanos .............................................................................................................................. 43Grupos funcionales con enlaces simples ................................................................................... 44Alcoholes ............................................................................................................ ............. 44•Eteres ................................................................................................................................ 45Halogenuros de alquilo ................................................................................................... 46Aminas ............................................................................................................................. 46Grupos funcionales con enlaces múltiples ................................................................................ 47Alquenos .......................................................................................................................... 47
  3. 3. Alquinos .............................................................................................................:............ 48Aromáticos ....................................................................................................................... 49El grupo carbonilo ..............................................................~ ............................................ 5 1Aldehídos ......................................................................................................................... 51Cetonas .............................. .............................................................................................. 52,Acidos carboxílicos ......................................................................................................... 52Moléculas con varios grupos funcionales .................................._............................................. 53Ejercicios ................................................................................................................................... 56CAPÍTULO 3. ISOMERÍA .............................................................................................................. 59Isómeros estructurales ............................................................................................................... 59Isómeros geométricos ................................................................................................................ 6 1Nomenclatura de los isómeros geométricos .................................................... .......................... 63Aprendiendo a dibujar .............................................................................................................. 65De tres dimensiones a dos dimensiones ...."..... .............................,........................................... 67Proyecciones en caballete ............................................................................................... 67Proyecciones de Newman ................................................................................................ 68Las conformaciones y su estabilidad ........................................................................................ 68Enantiómeros ............................................................................................................................. 70Actividad óptica ........................................................................................................................ 72Repaso ..................................................................................................,.. ...... .................. 73Proyecciones de Fischer ............................................................................................................ 75Configuración relativa .............................................................................................................. 76Configuración absoluta ............................................................................................................. 77Diastereómeros .......................................................................................................................... 79Formas meso .............................................................................................................................. 82Ciclos ......................................................................................................................................... 84Ciclohexano .............................................................................................................................. 85Ciclohexanos monosustituidos ................................................................................................. 86Ciclohexanos disustituidos ....................................................................................................... 88Moléculas quirales sin carbonos quirales ................................................................................. 9 1Ejercicios ................................................................................................................................... 93CAPÍTULO 4. A CIDEZ y BASICIDAD ............................................................................................. 97Fuerza relativa de ácidos y bases .............................................................................................. 97Efecto de la estructura en la acidez y basicidad ..................................................................... 10Ia. Efecto inductivo ......................................................................................................... 101b. Efecto de resonancia .................................................................................................. 102c. Correlaciones periódicas ............................................................................................ 105d. Efectos estadísticos .................................................................................................... 105e. Puentes de hidrógeno ................................................................................................. 105f. Efectos estéricos ......................................................................................................... 106g. Hibridación ................................................................................................................ 106Efecto del medio sobre la acidez y la basicidad ..................................................................... 107Ejercicios ................................................................................................................................. 108
  4. 4. CAPITULO 5. OXIDACIÓN y REDUCCIÓN .................................................................................... 109Oxidación ................................................................................................................................ 110Alquenos ........................................................................................................................ 110Alquinos ........................................................................................................................ 112,Aromáticos ..................................................................................................................... 11 3Reducción ................................................................... ............................................................ 11 8Alquenos ........................................................................................................................ 118Alquillos ........................................................................................................................ 120Aromáticos ..................................................................................................................... 12 1Selectividad en la hidrogenación .................................................................................. 1?2Aldehídos y Cetonas ...................................................................................................... 123•Acidos carboxílicos y derivados .................................................................................... 125Ejercicios .................. ............................................................................................................... 127CAPÍTULO 6. MÉTODOS ESPECrROSCÓPlCOS ............................................................................. 129Espectro electromagnéticoAnálisis de propiedades moleculares ............:............................................................... 131Espectrometría de masa ........................................................................................................... 131Espectroscopía ultravioleta..................................................................................................... 134Características ................................................................... . .......................................... 134Transiciones electrónicas .....:........................................................................................ 135Cromóforos y auxócromos ............................................................................................. 136Utilidad de los espectros ultravioletas .......................................................................... 137Espectroscopia infrarroja......................................................................................................... 138Transiciones vibracionales ............................................................................................ 138Utilidad -de los espectros infnlrrojos .............................................................................. 139Señales características de algunos compuestos ............................................................. 140Resonancia magnética nuclear ................................................................................................ 143El fenómeno de resonancia ............................................................................................ 143Hidrógenos equivalentes ..... .................... ...................................................................... 145Núcleos protegidos o desprotegidos .............................:............................................... 146Desplazamiento químico ............................................................................................... 148Mulliplicidad .......................................................................................................................... 152Constante de acoplamiento ........................................................................................... 155Integración .....................................,........................................................................................ 156¿Cómo se analiza un espectro? ...................................................................................... 157Ejercicios .. ......................................................................................................................... ..... 158P ARTE B. R EAcrrVIDAD DE LOS GRUPOS FUNCrONAlESC APITULO 7. HALOGENUROS DE ALQUILO Y ALCOHOLES. SUSTITUCIÓN NUCLEOFfuCA .............. 163El lenguaje de las reacciones .................................................................................................. 163Halogenuros de alquilo ................... ........................................................................................ 167
  5. 5. Sustitución nucleofflica bimolecular ............................................................................ 167Sustitución nucleofílica unimolecular .......................................................................... 170Estereoquímica de las reacciones de sustitución .......................................................... 172Factores que determinan el mecanismo ................................................................_........ 174Alcoholes ................................................................................................................................. 1861) Reacciones en medio ácido ....................................................................................... 1862) Reacciones con derivados ......................................................................................... 189Ejercicios ................................................................................................................................. 190CAPITULO 8. HALOGENUROS DE ALQUILO Y ALCOHOLES. ELIMINACiÓN ..................................... 193Halogenuros de alquiloEliminación unimolecular .................................................:.................................................... 193Estabilidad de los alquenos .................................................................................................... 195Eliminación bimolecular ......................................................................................................... 196Alcoholes ................................................................................................................................. 199Selección de condiciones ........................................................................................................ 200La base ..................................................................,,,....................,................................. 201La temperatura ............................................................................................................... 20 ITransposición de carbocationes .............................................................................................. 202Ejercicios :........................,.,.....................................................................................................203CAPÍTULO 9.ALQUENOS y ALQUINOS. ADICiÓN ELECTROFfu CA ................................................ 205Reactividad del grupo funcional ............................................................................................ 205Reactividad .....................................................................................................:.............. 206Alquenos ................................................................................................................................. 206Adición de haloácidos ................................................................................................... 206Regioquímica de la adición ......................... ,................................................................ 207Estereoquímica de la adición ........................................................................................ 209Adición de agua ............................................................................................................. 209Adición de halógenos .................................................................................................... 2 10Formación de halohidrinas ...................................................................................................... 213Alquinos .................................................................................................................................. 2 15Adición de haloácidos ......................................:............................................................ 215Adicion de halógenos .................................................................................................... 216Adición de agua ............................................................................................................. 2 17,Regioquímica de la adición .......................................................................................... 218Adición por radicales libres .................................................................................................... 2 18Ejercicios ................................................................................................................................. 219CAPiTULO 10.ALCANOS. SUSTITUCiÓN POR RADICALES LIBRES ............................................... 22 1Halogenación .......................................................................................................................... 221Regioselectividad ................................................................. .. ....................................... 222Estabilidad de los radicales libres ................................................................................. 223Reactividad de los halógenos ....................................................................................... 223
  6. 6. Selectividad ................................................................................................................... 224Estereoselectividad ........................................................................................................ 224Ejercicios ................... .............................................................................................................. 225C APÍTULO 11. COMPUESTOS AROMÁTICOS. SUSTITUCIÓN ELECTROFÍUCA ................................. 227Estabilidad y reactividad ........................................................................................................ 227Aromaticidad ........................................................................................................................... 229Orbitales moleculares en sistemas aromáticos ............................................................... 229Aplicando conceptos ..................................................................................................... 230Sustitución electrofílica .......................................................................................................... 232Halogenación ................................................................................................................. 233Nitración ........................................................................................................................ 234Sulfonación .................................................................................................................... 235Alquilación .................................................................................................................... 235Acilación ................................................................................................. ....................... 236Reactividad de los bencenos sustituidos ................................................................................ 2371. Activantes por efecto inductivo ................................................................................. 2382. Desactivantes por efecto inductivo ........................................................................... 2383. Activantes por resonancia ....;..................................................................................... 2394. Desactivantes por resonancia .................................................................................... 240Regioselectividad y velocidad ...................................................................................... 2411. Activantes por efecto inductivo ................................................................................. 2412. Desactivantes por efecto inductivo ........................................................................... 2423. Activantes por resonancia .......................................................................................... 2434. Desactivantes por resonancia .................................................................................... 244Ejercicios ................................................................................................................................. 245CAPÍTULO 12. ALDEHÍDOS y CETONAS ..................................................................................... 247Síntesis de aldehídos y cetonas ............................................................................................... 248Tautomería ceto-enólica .......................................................................................................... 249Reacciones de los compuestos carbonílicos ........................................................................... 251Adiciones nucleofílicas ........................................................................................................... 252Adición de agua ............................................................................................................. 254Adición de alcoholes. Formación de acetales ............................................................... 255Adición de cianuro de hidrógeno .................................................................................. 257Adición de bisulfito ....................................................................................................... 258Adición de amoníaco y sus derivados ........................................................................... 259Halogenación de cetonas ............. ..............................................................,............................ 260Reacción halofónnica .................................................................................................... 264Condensación aldólica ............................................................................................................ 265Compuestos carbonílicos eL, ~ - no saturados ......................................................................... 267Adición electrofílica ...................................................................................................... 268Adición nucleofílica ...............................................................:...................................... 269Ejercicios ................................................................................................................................. 271
  7. 7. ,CAPÍTULO 13. ACIDOS CARBOxíucos y SUS DERIVADOS. SUSTITUCIÓN NUCLEOFiLlCAE" ACILO ................................................................................................................................... 273Ácidos carboxílicos .........................................................................:....................................... 273Equivalente de neutralización ....................................................................................... 274Derivados funcionales de los ácidos carboxílicos .................................................................. 275Obtención de derivados de ácido ............................................................................................ 276Obtención de ésteres metílicos ...................................................................................... 278Sustitución nucleofílica en acilo ............................................................................................ 279Reactividad frente a la sustitución nucleofílica ............................................................ 280Reacciones de los cloruros de ácido .............................................................................. 282Reacciones de los anhídridos de ácido ......................................................................... 283 .Reacciones de los ésteres .............................................................:................................. 284Amidas y compuestos relacionados .............................................................................. 286Hidrólisis de amidas ...................................................................................................... 287Ejercicios ................................................................................................................................. 288CAPíTULO 14. AMINAS. L AS AMINAS COMO NUCLEÓFlLOS ....................................................... 29 1Sustitución nucleofílica .......................................................................................................... 293a. Alquilación de aminas ................................................................................................ 293b. Acilación de aminas ................................................................................................... 294Adición nucleofílica .........................................,..................................................................... 295Eliminación de Hoffmann ....................................................................................................... 296Ejercicios ...............................................................................................:................................. 298PARTE C. CARACTERlsTICAS ORGÁNICAS DE LAS MOLÉCULAS BIOLÓGICASCAPíTULO 15. LíPIDOS y COMPUESTOS NATURALES RELACIONADOS .......................................... 303Triglicéridos: grasas y aceites .............................. ................................................................... 304Hidrólisis de triglicéridos. Jabón. Micelas .............................................................................. 306Otras reacciones de los triglicéridos .............................................................................. 307Fosfolípidos ............................................................................................................................. 308Prostaglandinas ....................................................................................................................... 31 0Feromonas ...............................................................................................:............................... 3 11Terpenos .................................................................................................................................. 3 11Monoterpenos acíclicos ................................................................................................ 3 13Monoterpenos cíclicos .................................................................................................. 3 13Esteroides ................................................................................................................................ 3 13Ejercicios ................................................................................................................................. 3 15CAPÍTULO 16. COMPUESTOS HETEROcíCLlCOS NATURALES ....................................................... 3 17CAPiTULO 17. HIDRATOS DE CARBONO .................................................................................... 32 1.-!2unas definiciones ............................................................................................................... 322- .
  8. 8. Reacciones de la D-glucosa .................................................................................................... 324=slereoquímica ........................................................................................................................ 376:leterminación de la configuración de d-glucosa y otros azúcares ................................ ........ 377Series D y L ................... ............ .................................... ........................................................... 329- f " . " 333:()(1l1as uranOSlcas y plranOSlcas .................. ,....................... o • • " • • • • • • • • • • • • • • • • • • • , . . . . . . • • • • • • • • • • • • • • • • • •Prueba de las estructuras anulares ........................ ......................................................... 334Configuración del carbono anomérico ................................................................................... 335i5rmulas de Haworth ................. ................................................. ............................................. 337onformación de azúcares ............................................................................... ............ ........... 338i1culo de energías confonnacionales ...................................... ............................................. 339Otigosacáridos y polisacáridos. Métodos para- determinación de su estructura ..................................................... ...................................... . 342J.glucosa + ác. D-glucónico ................ .. ........................ ............... ............ .............................. 343Cuacterísticas estructmales de los glicosaminoglicuronanos y su di~tribución!n organismos vivos ................................................................................................................ 347- - . . 350- _f:rC1C10S .......................................... ...... .. .. .. .................. ...... .......................... ... .. ................... .,CAPÍTULO 18. AMINOÁCIDOS y PRaTEÍNAS ............ ........................ .................... .......... ............ 353:..os aminoácidos como iones dipolares ................. ........................ ......................................... 354?:m o isoeléctrico de los aminoácidos .................................................................................... 356~nión peptídica .............................................. ................................................................. ........ 358• ? estructura de las proteínas ......... ........................... ......................... .. ........ ........................... 360:.a secuencia de aminoácidos de una proteína determina su estructura tridimensional ......... 364- lI estructura de las proteínas determina su actividad. La hemoglobina como ejemplo~ estrategias reguladoras ....................................................................................................... 365Proteínas que transportan 0 2........................ ... .................. ........ ............................... ...... 365Secuencia de aminoácidos en la cadena peptídica .. ........................................................... .... 369-inlesis de péptidos ............................... .................................................................................. 37 j!:jercicios ........ .... ..................................................................................................................... 376,CAPÍTULO 19. A CIDOS NUCLEICOS ...................................... ..................................................... 3773 ·< .. d" 377~es plrlml lnlcas ............................ ............................... ......................................................3= púricas ........... ..................................... ........................... ................................................ 377_~_cido desoxirribonucleico (ADN) .......................................................................................... 379.:.cido ribonucleico (ARN) ...................................................................................................... 381:>inlesis de oligo y polinucleótidos ...... .................................. .............................. ........ .......... 383CAPITULO JO. B IOMOLÉCULASCOMPLEJAS .............................................................................. 385Glicoconjugados .................................................................... ................................................. 386_-sociaciones hidrato de carbono-proteína ................ .......................... ................................... 386Glicoproteínas ..................................................... .......................................................... 386Enlaces glicano-proteína .............................................................. ... ....... .... ................... 387Proteoglicanos ............................................................................................................... 388
  9. 9. Asociaciones hidrato de carbono-lípido ................................................................................. 389Glicolípidos ................................................................................................................... 38.9Lipopolisacáridos .......................................................................................................... 39 1Azúcares unidos a nucle6tidos y Iípidos ....................................................................... 39 1Lipoproteínas ...........d • •••••••• • ••• • • • ••••••• • • •• ••• • • • ••••••••• ••• • •••••••••••••• •••• •• • • • •• •• ••••••••••••••••••••• •• •• ••• ••• • •••• 392Membranas biológicas ............................................................................................................ 393B IBLIOGRAFíA ............................................. ................................................ .............................. 397••
  10. 10. CAPíTULO 1HiBRIDACiÓN y PROPIEDADES1uchas veces se plantean interrogantes como:·En qué se disuelve mejor la glucosa: en agua o en 1-propanol?H"C-7°IH-C-OHIHO-C-HI CH:fH;PH:flHH-C-OHI1-propanolH-C- OHICH:flHD-glucosa•• ·Cuál de los siguientes solventes destila a mayor temperatura?1-propanol 1-pentanol etilmet¡leter• ¿Es polar la acetona?o11CH e/ " CH3 3Con este capítulo se adquirirán los conocimientos necesarios para responderlos.
  11. 11. APRENDIENDO QUÍMICA ORGÁNlCAEl átomoLa mecánica clásica describía el átomo como un núcleo alrededor del cual semovían los electrones en trayectorias definidas, de manera similar a un sistemaplanetario. Sin embargo, esta descripción clásica no podía explicar por qué unelectrón en su movimiento no pierde paulatinamente su energía para, finalmente,ser atraído por el núcleo y chocar con él. Evidentemente la descripción de la mecánicaclásica no brindaba una explicación satisfactoria del átomo.En la actualidad, se considera que los electrones tienen un comportamiento deonda-partícula y por lo tanto su movimiento y su energía se describen medianteecuaciones semejantes a las empleadas para describir las ondas.La teoría matemática que mediante ecuaciones diferenciales describe el movi-miento de los electrones alrededor del núcleo se.conoce como mecánica cuántica omecánica ondulatoria. Para averiguar por dónde se mueve el electrón alrededordel núcleo es necesario resolver esas ecuaciones diferenciales cuyas solucionesdefinen la zona del espacio alrededor del núcleo donde la probabilidad de encontrarel electrón es muy elevada (aproximadamente 90%) y que se conoce como orbital.Además, para que esas soluciones sean coherentes con la realidad es necesario quelos electrones sólo adquieran ciertos niveles de energía.Los orbitales atómicosUsando como modelo el átomo de hidrógeno (el núcleo con un solo electrón)se resuelve la ecuación de onda asignando al electrón la mínima energía posible.De esta manera se obtiene una función de onda que al ser representada muestra unaesfera. Esto indica que un electrón con la energía mínima se mueve en un orbitalcon geometría esférica que se conoce como orbital 1s (l: primer nivel de energía; s:simetría esférica).xxyzorbitalorbitales20
  12. 12. Capítulo l. Hibridación y propiedadesLn electrón en el segundo ni vel energético también se mueve en un orbital_-.ré·ri o llamado 2s y ubicado a una distancia mayor respecto del núcleo. Cuando~ =uelven las ecuaciones para el siguiente nivel de energía que puede tener un""rrón se encuentran tres soluciones posibles, tres orbitales energéticamente< .·alentes llamados orbitales p.Estos orbitales., consisten en dos lóbulos esferoidales adyacentes, que se ali--.:.-= según los ejes x, y, y z de un sistema de coordenadas caItesianas, situando el- -t: eo en el origen. Por ello se conocen como orbitales 2px, 2py y 2pz. Con esta=:itación se logra el máximo alejamiento posible entre los electrones que ocupan- :istintos orbitales p.!:ste procedimiento permite continuar estudiando los orbitales en los que se=~3"en los electrones con niveles energéticos mayores pero que no serán analizados.c o asignar electrones a los orbitales atómicos• C;¡ántos electrones pueden ocupar un orbital?~! principio de exclusión de Pauli establece que no pueden existir más de dos=~::ones en un orbital cualquiera y que dichos electrones deben diferir en la::::J.ción de sus spines o momentos magnéticos.• ", indistinto en qué orbital se ubiquen?El principio de Aufbau indica ·que los electrones se ubican en los orbitales deenergía posible. Si un átomo tiene cuatro electrones ubica dos electrones encnJital ls y dos electrones en el orbital 2s.Qué ocurre cuando hay más de un orbital de igual energía?:..a regla de Hund señala que no se llena un orbital con dos electrones hasta que__c:..:; orbital de igual energía contenga ·ya un electrón. Todos los electrones~- pareados tienen el mismo spin.Los orbitales moleculares¿Cómo se forma el enlace en la molécula de H,? Se forma mediante dos electrones_ se ubican en un orbital molecular formado por solapamiento de dos orbitales atómicos-"" :::.n general podemos decir que los orbitales de enlace se forman por el solapamiento:c iOS orbitales atómicos de los átomos que forman la unión. Esta unión se representa:::Ii una línea que enlaza los átomos o mediante estructuras de Lewis.21
  13. 13. APRENDIENDO QUÍM1CA ORGÁNICAH-H H:HEstructura de LewisSe puede decir que las funciones de onda moleculares se obtienen sumando lasfunciones de onda individuales. Sin embargo, el tratamiento matemático se complicaal aumentar la complejidad de la molécula y, por esta razón, para las moléculas máscomplejas se adaptan los conceptos cualitativos que surgen del tratamientomatemático en las moléculas simples.El metanoSe comenzará el estudio de los enlaces en las moléculas orgánicas con el com-puesto más simple: el metano (CH.)El átomo de carbono tiene seis electrones alrededor de su núcleo: dos electronesapareados en el orbital ls, dos electrones apareados en el orbital 2s y dos electronesdesapareados en dos orbitales p diferentes.6 C: 1s 2 2s 2px 2py¿Cómo forma el carbono cuatro enlaces con sólo dos electrones desapareados?Sería de esperar que se urtiese a sólo dos átomos de hidrógeno formando CH, pero, sibien es cierto que el CH, es un compuesto real, también es cierto que es un compuestoinestable, de mucha energía y que reacciona rápidamente para formar diversos productos.Además en el CH, el carbono no completa su octeto (de ahí su elevada reactividad).Volviendo al CH., es claro que con la distribución electrónica planteada nopuede formar cuatro enlaces. Para hacerlo necesita disponer de cuatro electronesdesapareados que logra adoptando una nueva configuración electrónica en la queun electrón del orbital 2s se promueve al orbital 2p vacío.Energía96 Kcal l mol•22Energfa +-4-+-+-*
  14. 14. Capftulo l. Hibridación y propiedadesDe esta manera puede unirse a cuatro átomos de hidrógeno, formando dos~~ de enlaces diferentes: uno entre el orbital 2s del carbono y el orbital ls de un-·drógeno y el segundo entre los orbitales 2p del carbono y el orbital ls de tres.:omos de hidrógeno. Estos enlaces tendrían distinta longitud ya que el orbital s se~- : uentra más cercano al núcleo que el p. Sin embargo, esta observación no:;:n uerda con la realidad que evidencia que los cuatro enlaces del CH, son..,. iyalentes, con la misma longitud y ángulos iguales entre éllos.La respuesta a este enigma radica en que los orbitales atómicos de un mismo-;m¡o se pueden combinar para formar nuevos orbitales atómicos que se conocen_;:mo orbitales hfbridos. Un orbital s y tres orbitales p se pueden hibridizar para: mar cuatro nuevos orbitales hídridos spJ, cada uno de los cuales tiene 25% de_=ricter s y 75% de carácter p.~nergí +-+-+*Energí +-+-+-+-hibridación.*Con este razonamiento se puede explicar cómo logra el átomo de carbono formar_ -ir{) enlaces equivalentes. Cabe preguntar ¿por qué?Razón l : La transferencia de un electrón del orbital 2s al 2p vacante requiere un-_ -_~sumo de energía de 96 kcal/mol, lo que nos indica un proceso energéticamente_.:fJorecido o, lo que es equivalente, un átomo de carbono en un estado excitadoyor energía). Sin embargo, con ello el átomo de carbono forma cuatro enlaces-H en lugar de dos. Si se considera que la energía necesaria para romper un enlace-H es de 104 kcallmol, el sistema, formando cuatro enlaces, se estabiliza en 4161L.:":!..lJ mol en el CH4contra 208 kcal/mol en el CH,. Aunque se descuente la inver-=.. inicial de 96 kcal/mol, el saldo de energía de estabilización sigue siendo favo-~~.e en el CH,: 416-96 >208.Ra:ón 2: Cuanto mejor es el solapamiento entre los orbitales atómicos más::>:!rte es la unión entre los átomos. Los orbitales híbridos sp son asimétricos respecto-= núcleo. Están formados por un lóbulo grande y otro pequeño. Esta direccionalidadpermite formar enlaces más fuertes ya que el enlace se forma con el lóbulo grande•.".Io? facilita una mejor superposición.+ .. 4(2s) (2p) (sp3)23
  15. 15. APRENDIENDO QUíMICA ORGÁNICA¿Cómo se orientan en el espacio? Los cuatro orbitales híbridos son equivalen-tes y para lograr la separación máxima entre ellos se orientan hacia los extremos deun tetraedro regular, formando ángulos de 109.5" entre ellos.---,H,/109.52 -~,,, 109,511, I.,I ,HHtetraedro c· SP3 metanoHabitualmente, los lóbulos pequeños de los orbitales híbridos no se dibujan.El etanoCambiando átomos de hidrógeno por átomos de carbono surge la posibilidadde construir cadenas carbonadas. La cadena más pequeña, de dos átomos decarbono, es el etano cuya fórmula molecular es C,H6•¿Cómo se unen los átomos en la molécula de etano? Dos átomos de carbonocon geometría tetraédrica se unen entre sí por solapamiento de dos orbitales hídridossp . Finalmente, cada átomo de carbono se une por solapamiento de los orbitalessp remanentes con los orbitales Is de tres átomos de hidrógeno.®®®El etenoLa fórmula molecular del eteno es C,H,. ¿Cómo completan los carbonos deleteno su octeto? Formando un enlace doble entre ambos carbonos.¿Es posible que dos átomos de carbono con hibridación sp establezcan unenlace doble entre ellos?La geometría del sistema impide el solapamiento necesario de los orbitales.24
  16. 16. Capítulo l. Hibridación y propiedades:> r lo tanto existe una hibridación diferente. ¿Cuál? Una hibridación que se- en una combinación matemática diferente de los orbitales atómicos. Enorbital s con dos orbitales p generan tres orbitales híbridos, que por tener- ::;: carácter s y 66% de caracter p, se conocen como híbridos sp. Queda por lo-=.:_ ::n orbital p sin hibridizar.Cómo se orientan en el espacio? Nuevamente, estos orbitales híbridos adquie-= ::;n marcada direccionalidad, con un lóbulo voluminoso y otro pequeño. Estos.;.c~lS voluminosos logran el máximo alejamiento entre sí orientándose hacia los.::::=_",os de un triángulo equilátero formando ángulos de 120°.Cómo se ubica el orbital p? Equidistante de los otros orbitales, perpendicular- ,- determinado por ellos.xsp 2 y12<1_ uál es la forma de la molécula de eteno? Los dos átomos de carbono formantm enlace por solapamiento de los orbitales híbridos sp. ¿Cómo se forma el segundoenlace? Por solapamiento de los orbitales p.Hay dos formas distintas de solapar dos orbitales p. Un solapamiento frontalcon ubicación de los orbitales atómicos en el eje intemuclear o un solapamientolateral por ubicación de los orbitales atómicos perpendiculares al eje intemuclear.Todo enlace formado por solapamiento frontal se conoce como enlace a mientrasque el resultante de un solapamiento lateral se conoce como enlace n.enlace a enlace aenlace ,..La molécula de eteno tiene un enlace a Sp2_Sp2 y un enlace n p-p entre ambosátomos de carbono y cuatro enlaces a Sp2-S entre los carbonos y los hidrógenos. Enel espacio quedan todos los enlaces a en un plano, separados por ángulos de 120°y el enlace n por encima y por debajo del plano detelminado por los otros enlaces.25
  17. 17. APRENDffiNDO QUllifiCA ORGÁmCA®... _--- -- ._--® O ,111.."®r1 :--.....® --_ .. _--_... "Elena¿Qué tipo de enlaces están presentes en la molécula de etano?¿Cuál es más fuerte: un enlace (j o un enlace n?EletinoLa fórmula molecular del etino es: C,H.,.Los dos átomos de carbono están uni-dos entre sí con un enlace triple.¿Cómo se construye este nuevo híbrido? Con una combinación matemáticaentre el orbital 2s y uno solo de los orbitales 2p. De esta manera se obtienen dosorbitales híbridos con 50% de carácter s y 50% de carácter p llamados híbridos sp.Al igual que en los casos anteriores, los orbitales son asimétricos y, al igual que enlos casos anteriores, se ubican en el espacio logrando el máximo alejamiento posiblede los lóbulos más grandes: separados 180· entre sí.xsp¿Cómo es el etino?•• Los dos átomos de carbono se unen entre sí con un enlace (j sp-sp que resultade un efectivo solapamiento frontal de los lóbulos grandes. .••Quedan dos orbitales p en cada carbono que se unen para completar el enlacetriple. Para ello deben ubicarse paralelos en el espacio, solapándose lateralmentey formando dos enlaces n.Por último, los dos orbtitales sp restantes en cada carbono se unen a los orbitalesIs de dos átomos de hidrógeno formando dos enlaces (j. Lo que resulta es unamolécula lineal.26
  18. 18. Capíwlo l. Hibridación y propiedadesH- C= C-HetinoHaciendo comparacionesEn la tabla se muestran las longitudes y fuerzas de enlace.COMPUESTO ENLACE LONGITUD(A) FUERZA (kcal/mol)etano C-C 1.54 88C-H 1.10 98eteno C=C 1.33 152C-H 1.08 107etina C=C 1.20 200C-H 1.06 131¿Por qué la longitud del enlace C-H es máxima en el etano y mínima en eletino? Lo que cambia es la hibridación del átomo de carbono. En el etino el orbitalhíbrido sp tiene 50% de carácter s. Un orbital s está más próximo al núcleo que unorbital p del mismo nivel de energía. Por lo tanto, a mayor carácter s del orbitalhíbrido, mayor proximidad al núcleo y menor longitud en el enlace.Finalmente, a mayor carácter s más esférico es el orbital. Esto implica unsolapamiento mejor y, por lo tanto, un enlace más fuerte.Conociendo los tres tipos de hibridación que puede presentar el átomo de carbonocuando forma un compuesto orgánico es posible imaginar la forma que la moléculaadquiere en el espacio. ¿Para qué sirve esto? Para dar una idea de sus propiedades.La polaridad de un enlaceExisten dos formas opuestas de enlace: el enlace iónico (por transferencia deuno o más electrones) y el enlace covalente (por compartimiento de pares de elec-trones). Entre esos extremos hay una variedad infinita de estados intermedios.Los átomos reaccionan a fin de alcanzar la configuración elctrónica de un gasnoble. Cuanto mayor sea la tendencia de un átomo a ceder electrones y de otro aganarlos, mayor es la facilidad de formar un enlace iónico entre ellos.- 27
  19. 19. APRENDIENDO QJÍMICA ORGÁNICAPara comparar esta habilidad, se utilizan dos parámetros: el potencial deionización (PI) y la afinidad electrónica (AE).El PI es la energía que se requiere para arrancar un electrón de un átomo enfase gaseosa. La energía necesaria para el primer electrón se llama "primerpotencial de ionización", la necesaria para arrancar un segundo electrón, "segundopotencial de ionización", y así sucesivamente. En la siguiente tabla se indicanalgunos valores de PI.•POTENCIAL DE IONlZACIONELEMENTOPRIMERO SEGUNDOLi 124 kcallmol 1744 kcallmolNa 119 kcallmolC 260 kcallmol 562 kcallmolF 403 kcal/molNe 498 kcallmolEl elevado potencial de inonización del fiuor indica su dificultad para ceder unelectrón de su última capa. En comparación, resulta mucho más fácil la pérdida enun metal alcalino como el sodio.Por otro lado, la afinidad electrónica es una medida indicativa del proceso inverso:la energía liberada al tomar un electrón. En la siguiente tabla se aprecia la aptitudque presentan los halógenos para tomar electrones:ELEMENTO AFINIDADELECTRÓNICAF - 80 kcallmolCI I - 83 kcallmolBr - 77 kcal/mol1 - 71 kcal/molC - 25 kcallmolO - 34 kcal/molConclusión: A mayor afinidad electrónica de nn átomo y mayor potencial deionización de otro, mayor capacidad de formar enlaces iónicos. Ejemplo: halógenoscon metales alcalinos. Caso contrario, mayor capacidad de forma r enlacescovalenles.El carbono (nn elemento ubicado justo en el centro de la tabla periódica) debeceder o ganar cnatro electrones para adquirir la configuración de un gas nobleformando enlaces iónicos. Pero si se analizan el primero y el segundo potencial de28
  20. 20. Capítulo 1. Hibridación y propiedadesionización o la afinidad eJctrónica, se comprueba que el proceso está energéticamentedesfavorecido.Conclusión: el átomo de carbono forma enlaces covalentes.Por otro lado, si los átomos unidos presentan diferente electronegatividad, loselectrones compartidos en un enlace pueden desplazarse del punto medio hacia elelemento más electronegativo.Conclusión: el átomo de carbono puede formar enlaces covalentes polares.La polaridad de una moléculaSi bien los enlaces individuales pueden ser polares, la molécula como un todopuede no ser polar. ¿Por qué? Porque la polaridad de una molécula surge de lasuma vectorial de las polaridades de los enlaces y, a veces, los vectores se anulan.De ahí la necesidad de tener presente:• La fama de la molécula.• La polaridad de Jos enlaces.• El sentido de las polarizaciones individuales y su suma vectorial.En primer término se debe tener en cuenta que la molécula presenta geometríatetraédrica.¿Qué ocurre con las polaridades de enlace? Existe una diferencia mínima deelectronegatividad entre el átomo de carbono y el de hidrógeno; pero el fJ uor,fuertemente electronegativo, deplaza el par de electrones del enlace C-F hacia sí.Por supuesto este efecto genera una deficiencia electrónica en el átomo de carbonoque se recupera, en parte, atrayendo los electrones de Jos enlaces C-H. Estatransmisión de la carga a través de los enlaces a lo largo de una cadena, se conocecomo efecto inductivo. El resultado final es una molécula polar.29
  21. 21. APRENDIENDO QUíMICA ORGANICALa polaridad de un compuesto se expresa mediante el momellto dipolar (~) queindica la capacidad de las moléculas de orientarse cuando se las ubica entre lasplacas de un condensador. El H3 CF tiene ¡.t * O.Ejemplo 2: CCl4En este caso la molécula tiene cuatro enlaces polares pues el cloro presenta ma-yor electronegatividad que el carbono. Este hecho genera en el carbono una fuertedeficiencia electrónica. Pero la molécula es simétrica y las polaridades de enlace secancelan entre sí. É.sta es una molécula con enlaces polares pero que tiene ¡.t = O.~Cl ¡.t = OCI""" ~~o? OEjemplo 3:CI H o o / /C C C C/ Y / H . o H HComo consecuencia de la hidridación Sp2 de sus dos átomos de carbono, estasmoléculas son planas. Estudiando los enlaces individuales, y sumándolos en conjuntose comprueba que en una de ellas las polaridades de enlace se cancelan mientrasque en la otra se suman. lf/ 0~l = O~ l!c:==c/ H 1-1Por lo tanto, debido a la diferente distribución de sus átomos en el espacio (enuCla de ellas los átomos de cloro están del mismo lado del doble enlace y en la otrade lados contrarios) una molécula es polar y la otra no.¿ Puede convertirse una molécula en la otra?30
  22. 22. Capítulo l. Hibridación y propiedadesLas propiedades físicasSe indican a continuación algunas de las propiedades físicas de una sustancia.a. Punto de fusión: es la temperatura a la cual un sólido se transforma en un líquido.En el estado cristalino las moléculas se encuentran ordenadas en patrones defi-nidos, siendo las fuerzas entre las moléculas de un mismo compuesto las quemantienen el cristal unido y las que se deben vencer, entregando energía, paralograr la fusión.b. Punto de ebullición: es la temperatura a la cual un líquido pasa al estado devapor. En el estado líquido las moléculas de un mismo compuesto interactúanentre sí, pero con una fuerza menor que en el estado sólido, permitiendo mayoresmovimientos moleculares.c. Solubilidad. Para lograr que un sólido se disuelva en un líquido es necesario quelas fuerzas que mantienen las moléculas del sólido unidas entre sí se reemplacenpor fuerzas de interacción entre el sólido y el líquido. Por lo tanto para queexista disolución debe existir una interacción positiva entre moléculas distintas:las del soluto y las del solvente.Conclusión: Para analizar las propiedades se deben considerar las fuerzas quepermiten que las moléculas interactúen entre sí. En algunos casos interaccionesentre moléculas de un mismo compuesto y, en otros casos, entre moléculas diferentes.Interacciones intermolecularesDeben quedar en claro desde el principio que las fuerzas involucradas en lasinteracciones entre moléculas son menores que las con·espondientes a un enlacequímico. Por lo tanto, romper un enlace requiere una energía mucho mayor que lanecesaria para vencer una interacción intermolecular.1. Interacción entre dipolos permanentesLas moléculas con momento dipolar elevado presentan interacciones dipolo-:!ipolo. Estas moléculas se orientan en el espacio de forma tal que las zonas de31
  23. 23. APRENDIENDO QUÍMICA ORGÁNICAmayor densidad electrónica (que se simbolizan con o·) se alejen entre sí, aproximán·dose a las zonas de densidad de deficiencia electrónica (0+) de las otras moléculas.H J:Io~ "~o~ o~F··· ·······C"---F/Hinteracción entre dipolos permanentes ,¿Qué ocurre con una molécula no polar con enlaces polares? Igualmente sufrenuna orientación preferencial en el espacio pudiendo llegar a establecerseinteracciones intermoleculares de intensidad variable en función de la polaridadde los enlaces en cuestión.2. Interacción entre dipolos temporarios¿Qué ocurre con los compuestos no polares? Una molécula no es un sistemaestático en el tiempo y en el espacio. Las nubes electrónicas sufren un movimientocontinuo y, si bien es cierto que la molécula como un todo puede tener un momentodipolar igual a cero, en un instante determinado el movimiento electrónico puedeprovocar, en una zona de la molécula, una acumulación electrónica. Como respuestainmediata a este fenómeno, la molécula vecina desplaza su nube electrónicagenerando en la zona de contacto una 0+.Estos dipolos temporarios aparecen y desaparecen continuamente en el tiempoy las interacciones intermoleculares que generan son mucho más débiles que lasque se generan en el caso de los dipolos permanentes.• ¿C6mo se ordenan los siguientes a/canos por punto de ebullici6n creciente?fH3H.r.-C-CH3- I 3CH3neopentano pentano isopentanoLas moléculas de los aJcanos son no polares y se mantienen unidas en el líquidomediante interacciones qne surgen de los dipolos inducidos. Para que una interacciónse desaITolle es necesario facilitar el contacto entre moléculas vecinas. Si se observan32
  24. 24. Capítulo 1. Hibridación y propiedadeslas formas: la molécula de pentano es lineal y la superficie de contacto es muchomayor que en una molécula con una simetría más esférica como la de neopentano.Por lo tanto, las sustancias se ordenan por punto de ebullición creciente como seindica a continuación:neopentano (9,5°C) < isopentano (27,goC) < pentano (36,lOC)3. Interacciones por puente de hidrógenoLas interacciones por puente de hidrógeno surgen cuando un átomo de hidró-geno se une a un átomo muy electronegativo que provoca un fuerte desplazamien-to de los electrones del enlace hacia sí. El hidrógeno, con fuerte deficiencia electró-nica, se aproxima al átomo electronegativo de la molécula vecina que debe tellerpares de electrones no compartidos.Esta interacción, con un valor promedio de 5 kcallmol, es la más fuerte de lasinteracciones intermoleculares (compare este valor con las 104 kcal/mol del enlaceC-H) y la razón radica en que el átomo de hidrógeno tiene una fuerte deficienciaelectrónica pero, siendo su tamaño muy pequeño, se aproxima de una manera muyefectiva al átomo con pares de electrones no compartidos. Aun así, esta interaccióntiene una energía mucho menor que la de un enlace C-H (104 kcal/mol).• Ordene los siguientes compuestos por polaridad creciente.CH:fH;>:HfJH1-propanolCH30CH2CH3etilmetileterEl propano es un compuesto que no presenta átomos con marcada diferenciade electronegatividad. Es un compuesto no polar.La presencia de un átomo de oxígeno aumenta la polaridad en los compuestosrestantes pero, además, el propanol presenta interacciones por puente de hidrógeno.Polaridad creciente: propano < etilmetileter < l -propanol• ¿Se disuelven el etanol (CH,CH,QH) y la acetona (CHPCH,J?La interacción intermolecular más importante presente en el etanol es la forma-ción de puentes de hidrógeno. Por lo tanto, para favorecer la disolución deberíanproducirse interacciones por puente de hidrógeno entre el etanol y la acetona.33
  25. 25. ApRENDTENDo QUÍMICA ORGÁNICAPor otro lado, las moléculas de acetona no pueden interaccionar por puente dehidrógeno entre sí porque, si bien tienen un elemento electronegativo con pares deelectrones no compartidos, no presenta átomos de hidrógeno unidos a él.Sin embargo, los átomos de hidrógeno deficientes en electrones del etanol pue-den enlazarse no sólo a los átomos de oxígeno del etanol sino también a los átomosde oxígeno de la acetona, hecho que favorece la disolución.etanoleSEtleSa(r~áCRCRacetona 11 eSelhéeS~CRAhora se pneden responder los interrogantes planteados al comienzo del capítulo.EjerciciosEjercicio 1: Ordene los siguientes compuestos por punto de ebullición creciente:O Oti 11a) CH¡C - OH YCH¡C - OCH¡b) CH¡CH,oH y CH,CH,CH,CH,OHc) CH,CH,CH,CH,oH y CCH,),COHO11d) CH3CH,CH,CH,CH, CH,CH,CH,CH2CH,oH y CH,CH,CH,CH,CHEjercicio 2: El CH¡CCH)16COOH se puede aislar luego de un tratamiento de grasasy aceites naturales. ¿En cuál de los siguientes solventes se solubiliza mejor?H,O CH,oHmetanolCH,COOCH,CH,CH,acetato de propilo34
  26. 26. Capítulo ]. Hibridación y propiedadesEjercicio 3: ¿Qué compuesto de los siguientes pares será más soluble en agua?a) CH,CH,CH,CHPH o (CH,),COHb) CH,CH,CH,CH,Br o CH,CH2CH,CH,OHe) CH,COOH o CH,COOCH,35
  27. 27. C APíTULO 2NOMENCLATURA y GRUPOS FUNCIONALESEn este capítulo se analizan las reglas básicas de nomenclatura en química or-gánica. Estas reglas fueron sistematizadas por la International Union of Pure andApplied Chemistry y se conocen habitualmente como reglas IUPAC. También sepresentan los grupos funcionales que se encuentran con mayor frecnencia en lasmoléculas orgánicas.AlcanosSegún se indicó en el capítulo anterior, un enlace simple C-C resulta de solapar losorbitales sp de dos átomos de carbono. Uniendo tres, cuatro, cinco o más átomos decarbono se genera un gran número de compuestos con una longitud de cadena creciente.Los compuestos que surgen de esta manera se conocen como alcanos de cade-na abierta o a1canos normales y tienen la fórmula general C H, donde n es un11 Ll+_número entero. Observe que hay dos hidrógenos por cada carbono (C"H,) más unhidrógeno en cada punta (+2).A veces se hace referencia a estos compuestos como "hidrocarburos saturados":hidrocarburos porque están formados solamente por carbono e hidrógeno y saturadosporque la molécula tiene tantos hidrógenos como puede tener.Los primeros cuatro hidrocarburos tienen nombres comunes.37
  28. 28. APRENDIENDO QUÍMICA ORGÁNICALos hidrocarburos saturados lineales de mayor número de átomos de carbonotienen nombres sistemáticos compuestos por un prefijo indicativo del número deátomos de carbono y la terminación ano.FÓRMULA NOMBRE FÓRMULA NOMBREC,H" pentano C¡oH" decanoC,H¡, hexano CIIH,4 undecanoC,H¡, heptano C¡,H" dodecanoC,H¡, octano C¡,H" pentadecanoC,H,o nonano C,Ji" elCOSanQ.Aprendiendo a escribir fórmulas¿Cómo se puede escribir butano?• Mediante su fórmula molecular C,HIO.• Mediante su fórmula desarrollada, indicando todos los enlaces presentes en lamolécula.r r r rH-f-rf f-HHHHH• Mediante su fórmula condensada donde los enlaces entre átomos de carbono y dehidrógeno no se desarrollan.• Mediante su fórmula de esqueleto, donde cada línea indica los átomos de carbonoenlazados, dándose por sobreentendido que los átomos de carbono están unidosa todos los átomos de hidrógeno correspondientes.Esta representación parece la más difícil. Sin embargo, una vez que se aprende,es la más rápida y empleada, sobre todo en moléculas de mayor tamaño cuyaformulación resultaría lenta y engorrosa.Los átomos de carbono son asombrosos por su habilidad para unirse entre sígenerando una gran variedad de compuestos orgánicos. Eliminando un átomo de38
  29. 29. Capítulo 2. Nomenclatura y grupos funciollaleshidrógeno en un hidrocarburo saturado se obtiene un grupo alquilo, que se nombracambiando la terminación ano del aleano de origen por ilo.metilo: -eH 3 etilo: -eH 2 eH3Estos grupos no tienen existencia individual pero se los puede hallar, por ejem-plo, unidos a otras cadenas hidrocarbonadas formando hidrocarburos ramificados.Compuesto AfH3 fH:FH3CH:¡CHCH:FHCH:FH:FH3Compuesto B¿Cómo se nombran estos compuestos?Para llegar al nombre final se siguen sistemáticamente los siguientes pasos.1. Nombre baseSe elige la cadena de átomos de carbono más larga, cuyo número dará origen alnombre base del compuesto. De acuerdo a ello el compuesto A es un derivado delpentano y el compuesto B del heptano.2. Nombre de los sustituyentes2a. Se ubican los sustituyentes de la cadena principal que, en los ejemplosanteriores, son un metilo en el compuesto A y un metilo y un etilo en el compuesto B.2b. Se numera la cadena principal a fin de ubicar los átomos de carbono dondese unen los sustituyentes. Siguiendo con los ejemplos anteriores, el compuesto A seramifica en el C-3, pero para el compuesto B existen dos posibilidades. Comenzandola numeración por un extremo se ramifica en los C-2 y 4, pero comenzando por elotro, se ramifica en los C-4 y 6.39
  30. 30. APRENDlENDO QUíMICA ORGÁNICA1 2 3 4 5CH3CH1 HCH2CH31 23 4 5 6 7CH,CHCHzCHCH2CH2CH,t H3 t H2CH37 6 5 4 3 21CH3CHCH2yHCH2CH2CH3t H3 t H2CH3CH,Por convención, se elige la numeración que asigna al primer carbono sustituidoel menor número posible. O sea, la primera.Si comenzando por ambos extremos al primer carbono sustituido le correspondeel mismo número, se busca la diferencia en el segundo carbono sustituido comenzandola numeración por aquel extremo que asigne a este último el número menor. Si ladiferencia no estuviese en el segundo se sigue con el tercero y así sucesivamente.CH3 CH, y H,CH3t HCH2bHCH2CHi HCH,1 23 4 5 6 7 8110 9 7 5 3 216 42c. Los sustituyentes de la cadena principal se nombran precedidos por unnúmero que indica el carbono al que está unido. Cuando se nombra un grupo alquilose quita del nombre la o final. Los nombres y números se separan con guiones: 3-metíl; 4-etil; etc.3. Composición del nombreSe nombran primero los sustituyentes, por orden alfabético y ligándose el últi-mo de ellos al nombre base.Compuesto A: 3-metilpentano Compuesto B: 4-etil-2-metilheptanoConsideraciones generales• Cuando un sustituyente se repite más de una vez:i) Se agrega un prefijo multiplicativo que indica cuántas veces se repite (di, tn,tetra, etc.).ii) Las posiciones donde se ubican dichos sustituyentes se indican con los números,ordenados en forma creciente y separados por comas.iii) Los prefijos multiplicativos no se alfabetizan.fH3 r H2CH3CH3CH2CHr HCHCH2CH2CHzCH3CH35-etil-3,4 -dimetilnonano y no 3,4 -dimetil-5-etilnonano40
  31. 31. Capítulo 2. Nomenclatura y grupos funcionales• Cuando existe más de una cadena de longitud máxima, se elige como cadenaprincipal la más ramificada.Il3C" yrfGhCIl3ffi?HCIl2ffiCIlCIl2CIl3CIl387I,43-eti1-2,6-dimetiloctano• Cuando resulta indistinto comenzar la numeración por un extremo o por el otro dela cadena, se numera dando el menor número al sustituyente que se indica primeropor orden alfabético.3-etil-5,6,8-trimetildecanoSustituyentes complejos• En algunos casos el sustituyente de la cadena principal es una cadena secundariaa su vez sustituida. ¿Cómo se procede en estos casos?Compuesto eH3 / CH,CH2fCH2CH3CH3CH2CH2CH2fHCHCH,CH2CH2<lH2CH3CH3• Para numerar la cadena secundaria siempre se considera C-1 el que está directa-mente unido a la cadena principal.• Comenzando por este carbono se elige la cadena más larga que servirá de base alnombre de la cadena secundaria. En este caso es de cuatro átomos de carbono.• Para nombrar los sustituyentes de la cadena secundaria se siguen las mismas reglasque para los de la cadena principal.• El nombre de la cadena secundaria tiene la terminación de un alquilo sustituyente: il.41
  32. 32. APRENDIENDO QU(MICA ORGÁNICA• Se encierra el nombre entre paréntesis y se precede por el número que indica elcarbono de la cadena principal al que está unido, separando el número del ·, . . ,parentesIs con un gUlOn.• Se alfabetiza con la primera letra que queda dentro del paréntesis.Compuesto C: 6-(2,2-gimetilbutil)-5-metilundecanoNombres comunesLas reglas IUPAC permiten el empleo de algunos nombres de aJeanos o gruposalquilo de uso común. Es conveniente tenerlos presente.• Se llama iso al siguiente arreglo de átomos de carbono:En los siguientes aleanos o grupos alquilo se ejemplifica su aplicación en el nombre.fH3CH:¡CH2CH,GH2CHCH3 =isobutano isoheptano isopropilo• En forma general se puede definir:Carbono primario: el átomo de carbono que en el compuesto está unido a unsolo átomo de carbono; carbono secundario: si está unido a dos; carbono terciario:si está unido a tres, y carbono cuaternario: si está unido a cuatro.CH:f.H3iCéIbono prImario Carbono cuaternario/ Carbono terciarioCH:f.H;fHCH3i CH3Carbono secundarioTeniendo en cuenta estas definiciones se aceptan los siguientes nombres paralos siguientes arreglos.42
  33. 33. Carbono secundario/C~CH:pH3sec-butilo5-butiloCapítulo 2. Nomenclatura y grupos funcionalesfH3CH31-TCH3ter -butilo·butilo ter-pentiloObserve que la letra está en bastardilla. De no ser posible, se subraya. Losprefijos sec y ter no se alfabetizan.CicloalcanosLos cic1oaleanos son compuestos cíclicos cuyos anillos están formados sólopor átomos de carbono. Como cada átomo de carbono está unido a dos hidrógenos,responden a la fórmula general C,H". También se los suele llamar compuestosalicíc1icos (alifáticos cíclicos).Las reglas de nomenclatura para estos compuestos son muy sencillas.• Se antepone la palabra ciclo al nombre del aleano que corresponde según el númerode átomos de carbono.DciclobutalO ci clopentano ci cJohexa1o• En caso que el ciclo esté sustituido se nombran los sustituyentes según las reglasindicadas previamente asignando a la posición sustituida el menor número posible.meLilciclohexano 1,3-dimetilciclohexano43
  34. 34. APRENDIENDO QUíMICA ORGÁNICA• Cuando un cicloalcano se une a una cadena alquílica de mayor número de átomosde carbono que el ciclo, se puede nombrar el ciclo como sustituyente alquílico dela cadena.3-ci clopropilpenlillOGrupos funcionales con enlaces simplesComo se verá más adelante, los aleanos son muy poco reactivos y la mayorparte de las reacciones en química orgánica son las reacciones de los gruposfuncionales. Por este motivo se define grupo funcional como un átomo o conjuntode átomos que le otorgan a la molécula propiedades y reactividad características.Conclusión: En una molécula orgánica se puede distinguir una partehidrocarbonada (formada por los enlaces C-H y C-C) que puede influir en lascaracterísticas físicas y químicas pero que, finalmente, quedan fuertementedeterminadas por la otra parte de la molécula que comprende los grupos funcionales.Se indican a continuación los grupos funcionales más sencillos que presentanun enlace simple entre el C-Sp3 de un grupo alquilo y un heteroátomo.Aclaración: Al dibujar compuestos con grupos funcionales mediante fórmulasde esqueleto se deben indicar todos los enlaces correspondientes a los heteroátomos.AlcoholesLos alcoholes se pueden imaginar como derivados del agua en los que un hi-drógeno ha sido reemplazado por un grupo alquilo. En estos compuestos el átomode oxígeno presenta una hibridación sp de manera que el ángulo de enlace C-O-Hes de aproximadamente 109°. El grupo funcional se denomina hidroxilo.Se llaman alcoholes primarios los que presentan el grupo funcional unido a uncarbono primario. De manera análoga, los alcoholes secundarios tienen el grupohidroxilo unido a un carbono secundario y los alcoholes terciarios son los que lotienen unido a un carbono terciario.44
  35. 35. Capítulo 2. Nomenclatura y grupos funcionalesOH~ OH~alcohol primario alcohol secundario----1-0Halcohol terciarioPara nombrarlos se siguen las siguientes reglas:o Se determina la cadena de átomos de carbono más larga que contiene el grupofuncional y que dará origen al nombre base cambiando la terminación ano por al.o Se numera esa cadena de forma de asignar al grupo funcional el menor númeroposible, independientemente de los grupos alquilo ramificantes.o La posición a la que se une el grupo funcional se indica con un número adelantedel nombre y separado del mismo por un guión.OH3~propil-2-hepta nolObserve que la cadena más larga es de ocho átomos de carbono, pero la cadenamás larga que contiene el grupo funcional es de sólo siete.,EteresLos éteres son compuestos orgánicos con un átomo de oxígeno con hibrida-ción sp unido a dos grupos que pueden ser alquilo o, como veremos más adelante,arilo o vinilo.vinilo arilo45CH,OCH,oeH3
  36. 36. APRENDIENDO QUíMICA ORGÁNICAHay dos formas distintas de nombrar los éteres.Opción J: Anteponer la palabra éter seguida de los nombres de los dos gruposalquilo sustituyentes del oxígeno, ordenados alfabéticamente. El primero lleva laterminación il y al segundo se agrega la terminación ica.CH,oCH,CH, éter etilmetílicoOpción 2: Indicar los dos grupos alquilo, ordenados alfabéticamente, delantede la palabra éter.CH:pCH3dimetitéterHalogenuros de alquiloiH3CH,fH:pCH:PH:PHCH3etil(3-metiIbutiI}éter/0--......./elilmetiléterLos halogenuros de alquilo son compuestos que presentan un halógeno unidoa un C-sp. Para nombrarlos se considera el halógeno como cualquier sustituyentealquílico y se siguen las mismas reglas que para los alcanos.Br CIBr3·bromo-5-cloro-2-metilhexano 1,3-dibromo-6-etit-5,7-dimetilnonanoLos halogenuros de alquilo sencillos tienen un sistema de nomenclatura que noresponde a las reglas IUPAC pero que está ampliamente difundido. Se los denominasimplemente halogenuros de alquilo.F/"-1ioduro de etilo fluoruro de isopropilo cloruro de metiloAminasAsí como podemos imaginar a los alcoholes como derivados del agua, pode-mos imaginar a las aminas como derivados del amoníaco donde uno, dos o los tres46
  37. 37. Capítulo 2. Nomenclatura y grupos funcionalesaidrógenos han sido reemplazados por grupos alquilo, arilo o vinilo. El grupo fun-:ional se denomina amino.Dependiendo de la cantidad de grupos orgánicos unidos al nitrógeno se pueden=Iasificar como aminas primarias, secundarias o terciarias.H,CH3CH2CHoNllCH3 ~N........... . .alruna pnmana amina secundaria amina terciariaEn general se las nombra indicando el grupo alquilo (con la terminación il)seguido del sufijo amina.metilamina13CH -C- NH3 I 2 _CH3t·butilamina dietilaminaCuando las aminas secundarias y terciarias están sustituidas con grupos dife-rentes, se elige el sustituyente con la cadena más larga que dará lugar al nombrebase. Los otros grupos se consideran sustituyentes del nitrógeno y se indican pororden alfabético precedidos de la letra N separada por un guión.I~N~N,N-dimetilbutilamina N-etil-N-metilpropilaminaGrupos funcionales con enlaces múltiplesAlquenosLos alquenos también son hidrocarburos, ya que sólo están formados por áto-mos de carbono e hidrógeno, pero se diferencian de los aleanos por la presencia dedobles enlaces_Debido a que estos compuestos son capaces de tomar H, para transformarse enhidrocarburos saturados (alcanos) se los conoce con el nombre general de hidro-carburos insaturados.47
  38. 38. APRENDIENDO QUíMICA ORGÁNICALas reglas de nomenclatura de los alquenos son sencillas y responden a unpatrón general presentado en el caso de los alcoholes.• Buscar la cadena más larga que contiene el grupo funcional.• Numerar la cadena de forma tal de otorgar a dicho grupo el menor número posible.En el caso de los alquenos el nombre base termina en ella y el número queindica la posición del grupo funcional es el que corresponde al primero de los doscarbonos de la doble ligadura.3-propi1-2-hexenoObserve que la cadena más larga es de siete átomos de carbono, pero no contie-ne el grupo principal. Por eso, el compuesto se nombra como un derivado delhexeno. Si la molécula presenta más de una doble ligadura, se indica el prefijomultiplicativo inmediatamente delante de la terminación eno (observe que se dejala a de la terminación ano del aleano para evitar que se junten consonantes).2,6-nonadienoCH2=CCH=CHCH,CH=CH,ICH,GH32-etil-1 ,3,6-heptatrienoAlquinosLos alquinos presentan una triple ligadura como grupo funcional. También selos conoce como hidrocarburos acetilénicos, si bien acetileno es el nombre comúndel menor de los miembros de esta familia.Las pautas para la nomenclatura de los alquinos son las mismas que para losalquenos con la terminación ¡no característica del nombre de estos compuestos.48
  39. 39. Capítulo 2. Nomenclatura y grupos funcionales3-metil-1-pentino etino (acetileno)4-isopropil-2-heplinouumáticosEn el capítulo 11 se definirán las características electrónicas de los compuestos_ máticos. En esta sección se analiza el benceno y algunos de sus derivados.La molécula de benceno es un ciclo plano con seis átomos de e-sp que, en;ri-ncipio, se podrían pensar enlazados de a pares (estructura A).estructura A estructura B estructura e, ,•Estructuras de KekuléSin embargo, si los orbitales p se alinean paralelos entre sí ¿qué impide que los~ trones n se ubiquen entre los pares de carbonos Sp2 que presentan un enlace¡¡¡¡¡!pIe? La respuesta es nada y, por lo tanto, se puede esclibir el benceno como está-"cado en la estructura B. ¿Dónde están realmente localizados los electrones n?= realidad están deslocalizados en todo el anillo, formando una nube electrónicacc_" encima y por debajo de su plano.Se puede escribir el benceno en forma indistinta con cualquiera de las dos es-turas que se conocen como estructuras de Kekulé, teniendo en cuenta que nin-=:::na de ellas representa por sí sola la realidad. La realidad es un híbrido entre.!:abas y, por este motivo, también se lo suele representar con la estructura C.Eliminando un hidrógeno del benceno resulta un grupo arilo o fenilo (algo4 uivalente al grupo alquilo en el caso de los aleanos) que nuevamente no tiene=.:ústencia individual sino unido a:49
  40. 40. APRENDIENDO QUÍMlCA ORGÁN1CA• un grupo hidroxilo dando origen al fenol;• un grupo amino dando origen a la anilina;• un grupo metilo dando origen al tolueno.Estos tres nombres no son sistemáticos pero están aceptados por la IUPAC.OHfenol anilina toluenoCuando se nombra como sustituyente, se emplea el término fenil sin la o final(como en los alquilas). Dentro de una estructura es frecuente indicarlo como C6H,o q, o Ph.Los derivados monosustituidos del benceno se nombran indicando el sustituyenteseguido de la palabra benceno.Brbromobenceno etiJbenceno nitrobencenoEn los sistemas disustituidos se suelen emplear los términos orto, meta y parapara indicar los patrones de sustitución 1,2; 1,3 Y 1,4 respectivamente.zparaOHBrp-bromofenolelm-nitroanilina o-diclorobencenoSe indican a continuación algunos sistemas polisustituidos que se nombran comoderi vados del benceno, indicando la posición de los sustituyentes con los menoresnúmeros posibles. Si se utiliza como nombre base el de un benceno sustituido(anilina, fenal, tolueno, etc.), el sustituyente que da lugar al nombre base debeocupar la posición l.50
  41. 41. Capítulo 2. Nomenclatura y grupos funcionales. Q-!,Q-!32-etil-l,4-dimetilbencenoEl grupo carboniloBrBr3,4-dibromoaniIina 4~nit:rotoluenoEl grupo carbonilo está formado por un átomo de carbono y un átomo de oxí-5"no unidos por un enlace doble.1" 8(±) 88I , ••·c=o,,/ ..En este sistema ambos átomos presentan hibridación sp, determinando un plano=n el que se ubican:el enlace Cí entre el carbono y el oxígeno.los enlaces Cí del carbono ylos dos orbitales híbridos del oxígeno que contienen sus dos pares de electronesno compartidos.El valor de los ángulos de enlace es de aproximadamente 120°. Perpendicular aeste plano se encuentran los orbitales p cuyo solapamiento dará lugar al enlace n.Una de las características de ·este grupo funcional consiste en la diferencia deelectronegatividad entre los átomos ligados por el doble enlace, hecho que provocaun desplazamiento de la nube de electrones p hacia el átomo de oxígeno. Esta polari-zación conduce a un aumento de la densidad electrónica en la cercanía del oxígeno yuna deficiencia electrónica en el e-sp. Estos factores determinan su reactividad.AldehídosEn esta familia de compuestos el carbono carbonílico se une a otro carbono yun hidrógeno (a excepción del metanal que está unido a dos hidrógenos).Para nombrarlos:51
  42. 42. A PRENDIENDO QUÍMICA ORGÁNICA• se elige la cadena más larga que contiene el grupo funcio nal que dará lugar alnombre base del compuesto,• Se cambia la terminación o del aleano de igual número de átomos de carbono porla terminación al.El carbono del grupo funcional es el C-I de la cadena.o o o11AHH11C CH::FHH/ "Hometanal etanal 4-metilpentanalCetonasEsta familia de compuestos se caracteriza por presentar el carbono del grupofuncional (carbono carbonílico) unido a otros dos carbonos.Para nombrarlos se procede igual que con los aldehídos pero cambiando laterminación o del a1cano de igual número de átomos de carbono por ona. Se numerala cadena asignando al carbono carboníl ico el menor número posible.OoIO2-metilc¡clohexanona propanona,Acidos carboxílicosEl grupo funcional que caracteriza a los ácidos carboxílicos surge de unir ungrupo hidroxilo a un grupo carbonilo. Para nombrarlo se cambia la terminación o,del a1cano que dará lugar al nombre base, por oieo. Además, se ante;)Qne la tIaleJ;>""ácido. El carbono del carboxilo es el C-I de la cadena.o. 11Acido propanoico: CH3CH2G--OH52
  43. 43. Capítulo 2. Nomenclatura y grupos funcionalesAlgunos aldehídos, cetonas y ácidos carboxílicos tienen nombres comunes.,NOMBRE COMÚN lNOMBRESIS1EMATICOHCHO metanal formaldchídoCH,CHO etanal acetaldehído.CH,COCH, propanona I acetona. .HCOOH ácido metanoico ácido fórmicoCH,COOH ácido etanoico ácido acéticoI CH,CH,COOH ácido propanoico ácido propiónicoCabe destacar un par de estructuras aromáticas con nombres comunes.COOH CHOácido benzoico benzaldehídoMoléculas con varios grupos funcionalesDentro del área de la química orgánica, es frecuente encontrar moléculas que~sentan varios grupos func ionales,¿Cómo se procede en estos casos? En general, los grupos funcionales imponen...: nombre un sufijo característico (01 para los alcoholes, oico para los ácidos, eno::-.U"a los alquenos, etc.). Pero dado que el nombre sólo puede tener un sufijo es;:;xesario elegir, dentro del conjunto, aquel grupo funcional considerado principal.?:!ra regular esta selección se estableció, por convención, un orden de prioridades:oue se indica en la siguiente tabla en forma decreciente (en esta tabla se indicanllgunos grupos funcionales que se detallarán más adelante). Los grupos func iona--es de menor prioridad se nombran, salvo excepciones, como prefijos del nombre~ase del compuesto.53
  44. 44. A PRENDIENDO QUÍMICA ORGÁNICAGRUPOFUNCIONAL PREFIJO SUFIJOácido carboxílico carboxi- -oico (ácido)ácido sultónico sulfo- -sulfónico (ácido)éster alcoxicarbonil- -oatoamida carbamoil- -amidanitrilo cano -nitriloaldehído formil- -alcetona QXO- -onaalcohol hidroxi- -01aroma aromo- ·ammaalquino 1D- -tnOalqueno en- -enohalógeno halógeno-fenilo • fenil-alquilo alquil-Los halógenos, fenilos y alquilos sólo se nombran como prefijos según lasreglas indicadas previamente. .Para nombrar los compuestos en forma sistemática se siguen los pasos que sedetallan a continuación:• Se elige el grupo prioritario.• Se elige la cadena más larga que contiene el grupo prioritario.• Se numera esta cadena asignando a dicho grupo el menor número posible.• Se compone el nombre base con el prefijo indicativo del número de átomos decarbonos de la cadena y el sufijo indicativo del grupo prioritario.• Los sustituyentes se anteponen al nombre base.OHoOHOHOácido 4-hidroxi-3-propilheptanoico . 3-amino-4-etilciclohexanona 5-hidroxi-3-melil-2-pentanona54
  45. 45. Capítulo 2. Nomenclatura y grupos funcionalesEn el caso particular de los alquenos y alquinos no existe un prefijo indicativo~l grupo funcional. Cuando están presentes en la molécula como grupos no:=ioritarios se nombran siguiendo las pautas indicadas a continuación:• Se elige el grupo prioritario.• Se elige la cadena más larga que contiene el grupo prioritario.• Se numera esta cadena asignando a dicho grupo el menor número posible.• Se compone el nombre base con el prefijo indicativo del número de átomos decarbonos de la cadena seguido de la sigla en o in (según contenga un grupoa1queno o alquino) y finalmente del sufijo indicativo del grupo prioritario.• Se antepone al nombre base el número que indica la posición del enlace doble o triple.oo3-pentenal •Br4-bromo-2-cie1ohexenonaCuando sea necesario indicar la posición del grupo principal o cuando alquenosalquinos estén presentes en la misma molécula, se interrumpe el nombre indicando_ posición delante de cada sufijo con números y guiones en la forma habitual.4-hexen-2-onaCH2=CH-C=C-CH2-C CHl-hepten-3,6-diino55CH2=CH-C==C-CH=CHCH3•1,5-heptadien-3-inoCH,CH=CHIOH3-butin-2-o1
  46. 46. APRENDIENDO QUíMICA ORGÁNICAEjerciciosEjercicio l. Nombre los siguientes compuestos:rH3 TH,CH3CH3CH3CH,CHCH,CHCH,~CH3CH- l CH3rCH,CH2CH2CrCH,CHCH3CH3 CH,CH,CH3 JEjercicio 2. Nombre el siguiente compuesto y escriba su fórmula de esqueleto:CH3CH2CH2CH2?HCH2CH2CH2CH2CH2CH3CH2? HCH3CH3Ejercicio 3. Los nombres correspondientes a las siguientes estructuras son incorrectas.Justifique la causa e indique el nombre correcto.Ejemplo:4-isopropil-5,6,7-trietilundecanoRespuesta: El prefijo tri no se alfabetiza. 5,6,7-trietil-4-isopropilundecano56
  47. 47. Capítulo 2. Nomenclatura y grupos funcionales6-isoplOpil-2, 5, 8,-trin-etilnonano2, 4 -dÍlretil-5- propilhcptano::: a cicio 4. Escriba la fórmula condensada y de esqueleto de los siguientes com-puestos:a) N,N-dietilpropilaminab) 3-bromo-2-cloro-4-etil-5,5-dimetiloctano) 4,5-dimetil-2-hexanol.::ercicio 5. Indique el nombre de los siguientes compuestos:OH Br=:ercicio 6. Dibuje las estructuras correspondientes a los siguientes compuestos:a) 3,4-dimetilciclohexanolb) ácido 3-etil-4-metilnonanoicoc) 6,6-dimetil-3-heptanonad) N-propilciclohexilaminae) 3-ciclopropiloctanalf) 5-isopropil-2-octenog) etil(3-fenilhexil)éter
  48. 48. CAPíTULO 3ISOMERíAIsómeros estructuralesObserve los compuestos indicados a continuación. ¿Son todos iguales?CH, CH, yH,I ICH, -CH,Todos presentan la misma fórmula molecular: C,HIQ" Pero ¿qué opina de las<:presentaciones? Las dos primeras fórmulas se diferencian en la orientación relativa::e los extremos pero se podrían dibujar los cuatro carbonos seguidos para llegar a..3 forma habitual de escribir el butano. La tercera es la fórmula de esqueleto queoorresponde al compuesto anterior. La cuarta es una fórmula aún más condensada,~onde se indica entre paréntesis el grupo que se repite y con el subíndice la cantidad_e veces que se produce la repetición. Pero observando atentamente se compruebaQue la última fórmula es distinta.•¿Por qué?Porque en las cuatro primeras fórmulas los átomos de carbono se enlazan unotras otro en una cadena, mientras que en la última, el átomo de carbono central se une" rres carbonos, uno de los cuales se desprende como una rama de una cadena principal.Tiene la misma fórmula molecular y sin embargo no es igual a los anteriores.Se llaman isómeros los compuestos distintos que presentan la misma fórmulamolecular. Y en particular se llaman isómeros estructurales los que difieren en elorden en que se conectan los átomos. De manera que el último compuesto es unisómero estructural del que se representa en las cuatro fórmulas anteriores.Por lo tanto, queda claro que no alcanza con indicar C,HIOpara definir unaestructura. En el caso particular de una cadena lineal se puede indicar una letra ndelante de la fórmula, para definir que se trata de ese tipo de compuesto.n-C,HIO= CH,(CH,), .CH,•S9
  49. 49. APRENDIENDO QUíMICA ORGÁNICAPero sin la letra n, la estructura queda indefinida.Una vez comprendido el concepto se lo puede aplicar buscando todos losis6meros estructurales de f6rmula C.HI4•¿Cómo se buscan las estructuras? Primero, una cadena lineal de 6 átomos de carbono.•Después, cadenas más cortas pero ramificadas, empezando por una cadena de5 átomos de carbono con un carbono ramificando.Observen atentamente:¡H,CHCH,CH,CH,CH, _IH, TH,CH3CH,CH, CHCH, = CH,C1-ICH,CH2CH,Luego, una cadena de cuatro átomos de carbono con dos carbonos ramificando,que pueden ser dos -CH, (metilos) o un -CH.,CH., (etilo)CH, CH,I ICH,CH-CHCH,En este caso en particular no existe la posibilidad de armar una cadena de 4carbonos con un etilo ramificando porque siempre alarga la cadena y ~l compuestoresulta un derivado del pentano.Todos los compuestos planteados en este ejercicio presentan sus átomos decarbono conectados en un orden diferente. Estos is6meros estructurales se conocencomo isómeros de esqueleto porque varían en el esqueleto carbonado.Se puede repetir el ejercicio con la f6nnula molecular C,H,O. En este caso lapresencia del átomo de oxígeno brinda la posibilidad de dos grupos funcionalesdiferentes. Por un lado, un alcohol y, por el otro, un éter (repase los gruposfuncionales: ¿existe alguna otra posibilidad?). Para un éter de tres carbonos s610 sepuede plantear una estructura, pero un grupo hidroxilo en una cadena de tres átomos60
  50. 50. Capítulo 3. Isomeríacarbono se puede ubicar en dos posiciones diferentes. Quedan planteadas tres- -ibilidades:flOCH2CH2CH, HO~OH~Se definen como:meros de posición: los compuestos que presentan el mismo esqueleto carbonadoel mismo grupo funcional, pero este último ubicado en distintas posiciones del!Squeleto. Es el ejemplo de los alcoholes.ómeros de función: los compuestos que difieren en el grupo funcional. Los_::chales con el éter son isómeros de función.Resumiendo: hay tres tipos diferentes de isómeros estructurales.~de esqueletoIsómeros estructurales de funciónde posiciónIsómeros geométricoscCuántas estructuras se pueden almar con la fórmula C4H,? En total son 6.Por empezar, no es posible plantear un aleano porque fa ltan hidrógenos~ccífícamente dos hidrógenos) y es debido a que la fórmula molecular presenta- "-= IllsaturaclOn.Se pueden dibujar dos alquenos linealesCH,=CHCH,CH, CH,CH=CHCH,Sin embargo, tornando en cuenta la planaridad que presenta la zona de la molécula:1r.?_spondiente al doble enlace, se deben plantear en el 7-buteno dos posibilidades:~entes. Estos alquenos se pueden reformular de una manera más apropiada.61
  51. 51. APRENDIENDO QUíMICA ORGÁNICALas dos estructuras correspondientes al 2-buteno son diferentes pues en uncaso los dos grupos metilo quedan del mismo lado del plano determinado por eldoble enlace y, en el otro, de lados contrarios. ¿Por qué no surge esta posibilidad enel l-buteno? Porque el grupo etilo siempre queda del mismo lado que un hidrógenoy del lado contrario de un hidrógeno.La cuarta estructura posible es un alqueno ramificado y los dos compuestosque faltan son cíclicos: un ciclo de 4 átomos de carbono y un ciclo de 3 ramificado.•DSe puede comprobar que una insaturación puede atribuirse a una doble ligadurao a un ciclo. En ambos casos se habla de una fórmula molecular con una insaturación.Debe quedar claro que a una fórmula insaturada le faltan hidrógenos para sersaturada y no siempre es un compuesto insaturado que puede absorber H2en unareacción química para transformarse en un compuesto saturado (como veremosmás adelante en las reducciones de alquenos).El ¡-buteno y el 2-buteno son isómeros de posición de la doble ligadura. Pero¿cuál es la relación que existe entre las dos estructuras del 2-buteno? Considerandoque presentan la misma fórmula molecular podemos decir que son isómeros, pero:¿Son isómeros de esqueleto?¿Son isómeros de función?¿Son isómeros de posición?Los átomos de carbono están conectados en el mismo orden, uno a continuacióndel otro, por lo tanto no son isómeros de esqueleto. Ambos compuestos son alquenos,por lo tanto no son isómeros de función. La doble ligadura está en los dos casos enel mismo lugar (en el medio de la cadena), por lo tanto no son isómeros de posición.Se llaman estereoisómeros los compuestos con la misma fórmula molecularque se diferencian por la orientación de sus átomos en el espacio y, en particular, sellaman isómeros geométricos los que se diferencian por la posición relativa de susgrupos respecto de un plano. En este caso en particular, del mismo lado o de ladoscontrarios del plano de la doble ligadura. Habitualmente se refieren a ellos como. . . .Isomeros CIS y trans respectivamente.¿Se pueden dibujar isómeros geométricos de los siguientes compuestos?62
  52. 52. Capítulo 3. Isomeríaa) CH3CH= CBrCH3 cl CH2= C(CHJhEn los casos b y c no es posible. ¿Por qué?b)En ambos casos, hay un grupo metilo y un hidrógeno de un lado del plano delble enlace y un grupo metilo y un bromo del otro. Los dos compuestos son iguales.Conclusión: sólo es posible tener isómeros geométricos cuando cada C-sp tieneidos dos átomos o grupos de átomos distintos.Nomenclatura de los isómeros geométricosPor lo tanto, si se dice 2-buteno no queda indicado a cuál de los isómeros;eométricos se hace referencia. ¿Cómo se los puede nombrar?Si existe la posibilidad se emplea la nomenclatura cis-Irans, indicándose comocis el isómero que presenta grupos iguales o similares del mismo lado del plano de- doble ligadura y lrans el que los presenta de lados contrarios (las palabras Gis yerans se escriben en itálica o subrayadas).cis 2-buteno Irans 2-cloro-2-butenoSin embargo esta nomenclatura no siempre se puede aplicar. ¿Los siguientes:tlquenos son cis o lrans?Br, /CHJC= C/ ,H CNNH" /CF,C= CH3C/ COOHPara superar inconvenientes de este tipo se desaITolló una nomenclatura másamplia que se conoce como sistema de nomenclatura E/Z.¿En qué se basa? Mediante una serie de reglas que se indicarán a continuación,se establece cuál de los átomos o grupos de átomos unidos a cada C-sp tieneprioridad. Si los grupos de mayor prioridad quedan del mismo lado del plano del63
  53. 53. APRENDIENDO QUÍMICA ORGÁNICAdoble enlace se dice que el isómero es Z (en alemán: Zusall1men " juntos). Si que-dan de lados contrarios se habla de isómero E (en alemán: Entgegen " opuestos).CN COOHFueron Cahn, Ingold y Prelog quienes establecieron las bases para asignar prio-ridades mediante las siguientes tres reglas:• Regla 1: Considerando exclusivamente los átomos directamente unidos al C-sp, se asigna mayor prioridad al que posee mayor peso atómico. (iAtenciónNo se miran los grupos sino sólo los átomos). En los siguientes ejemplos elátomo directamente unido al carbono Sp2 de los grupos circulados le da prioridadal grupo.Cl=f=C~• Regla 2: Si los átomos directamente unidos tienen el mismo peso atómico, seconsideran los pesos atómicos de los átomos a dos enlaces de distancia del C-sp asignando nuevamente prioridad al de mayor peso atómico. Si en los átomosunidos a dos enlaces de distancia al C-Sp2. no se encuenUa diferencia, se analizanlos átomos a 3, 4, 5 o más enlaces de distancia hasta encontrar el primer átomoque permita asignar la prioridad.• Regla 3: Los átomos unidos por enlaces múltiples se consideran átomos unidoscon un número de enlaces simples coincidente con el enlace múltiple al mismoátomo al que está unido en la estructura original.64

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