El documento describe las características del carbono y su capacidad para formar enlaces covalentes simples, dobles y triples. Explica los diferentes tipos de hibridación del carbono (sp3, sp2, sp) y cómo esto determina la geometría molecular. También clasifica los hidrocarburos en saturados e insaturados y describe su nomenclatura sistemática.

1. QUÍMICA ORGÁNICA Química 2º Bachillerato Carmen Peña IES. Altaír

2. CARACTERÍSTICAS DEL CARBONO Electronegatividad intermedia Enlace covalente con metales como con no metales Posibilidad de unirse a sí mismo formando cadenas. Tetravalencia: s 2 p 2 s p x p y p z 400 kJ/mol ( enlaces muy fuertes , se desprenden 830 kJ/mol al formar 2 enlaces C–H) Tamaño pequeño, por lo que es posible que los átomos se aproximen lo suficiente para formar enlaces “  ”, formando enlaces dobles y triples (esto no es posible en el Si). hibridación

3. Cadena abierta lineal Cadena abierta ramificada Cadena cerrada: ciclo H  C  C  C  C  H H | H | | H | H | C | H  H H  H | H | C C C H H H H H H H H H H C C H  C  C  C  C  C  H H | H | H | H | H | | H | H | H | H | H La química del carbono o química orgánica, estudia todas aquellas sustancias en cuyas moléculas toma parte el carbono  Los átomos de carbono, tienen mucha facilidad para unirse entre sí y formar cadenas muy variadas. Todos sus átomos forman siempre cuatro enlaces covalentes 

4. CH 3  CH  CH  CH 2  CH 3 CH 3  CH 2  CH 2  C  CH  H  C  C  C  C  C  H  H | H | H | H | H | | H | H | H Las fórmulas desarrolladas solo muestran como están unidos los átomos entre sí, pero sin reflejar la geometría real de las moléculas  Las fórmulas semidesarrolladas solo especifican los enlaces entre átomos de carbono  H  C  C  C  C  C  H  H | H | H | | H | H | H

5. Metano CH 4 Eteno CH 2  CH 2 Etino CH  CH  La tetravalencia del carbono se debe a que posee 4 electrones en su última capa, de modo que formando 4 enlaces covalentes con otros átomos consigue completar su octeto  C         H H H H C C           H H H H   C C           H H

6. TIPOS DE ENLACE QUE USA EL CARBONO Enlace simple: Los cuatro pares de electrones se comparten con cuatro átomos distintos. Ejemplo: CH 4 , CH 3 –CH 3 Enlace doble: Hay dos pares electrónicos compartidos con el mismo átomo. Ejemplo: H 2 C=CH 2 , H 2 C=O Enlace triple: Hay tres pares electrónicos compartidos con el mismo átomo. Ejemplo: HC  CH, CH 3 –C  N El carbono puede hibridarse de tres maneras distintas: Hibridación sp 3 : 4 orbitales sp 3 iguales que forman 4 enlaces simples de tipo “  ” (frontales). Hibridación sp 2 : 3 orbitales sp 2 iguales que forman enlaces “  ” + 1 orbital “p” (sin hibridar) que formará un enlace “  ” (lateral) Hibridación sp: 2 orbitales sp iguales que forman enlaces “  ” + 2 orbitales “p” (sin hibridar) que formarán sendos enlaces “  ”

7. Hibridación sp 3 4 orbitales sp 3 iguales que forman 4 enlaces simples de tipo “  ” (frontales). Los cuatro pares de electrones se comparten con cuatro átomos distintos. Geometría tetraédrica: ángulos C–H: 109’5 º y distancias C–H iguales. Ejemplo : CH 4 , CH 3 –CH 3 Hibridación sp 2 3 orbitales sp 2 iguales que forman enlaces “  ” + 1 orbital “p” (sin hibridar) que formará un enlace “  ” (lateral) Forma un enlace doble, uno “  ” y otro “  ”, es decir, hay dos pares electrónicos compartidos con el mismo átomo. Geometría triangular: ángulos C–H: 120 º y distancia C=C < C–C Ejemplo: H 2 C=CH 2 , H 2 C=O

8. Hibridación sp 2 orbitales sp iguales que forman enlaces “  ” + 2 orbitales “p” (sin hibridar) que formarán sendos enlaces “  ” Forma bien un enlace triple – un enlace “  ” y dos “  ”–, es decir, hay tres pares electrónicos compartidos con el mismo átomo, o bien dos enlaces dobles, si bien este caso es más raro. Geometría lineal: ángulos C–H: 180 º y distancia C  C < C=C < C–C Ejemplo: HC  CH, CH 3 –C  N Ejercicio A : Indica la hibridación que cabe esperar en cada uno de los átomos de carbono que participan en las siguientes moléculas : CH  C–CH 2 –CHO; CH 3 –CH=CH–C  N sp sp sp 3 sp 2 sp 3 sp 2 sp 2 sp

9. CLASIFICACIÓN DE LOS HIDROCARBUROS  Los hidrocarburos son los compuestos orgánicos más sencillos, y solo contienen átomos de carbono e hidrógeno Alcanos Alquenos Alquinos Alifáticos Aromáticos H I D R O C A R B U R O S Saturados Insaturados

10. HIDROCARBUROS SATURADOS O ALCANOS  Son aquellos hidrocarburos en los que todos sus enlaces son sencillos Nombre Metano Etano Propano Fórmula CH 4 CH 3  CH 3 CH 3  CH 2  CH 3 Fórmula desarrollada Modelo molecular | C | H  H H  H H  C  C  H H | H | | H | H H  C  C  C  H H | H | H | | H | H | H

11. NOMENCLATURA DE HIDROCARBUROS DE CADENA LINEAL P r e f i j o Nº de átomos de C Son aquellos que constan de un prefijo que indica el número de átomos de carbono, y de un sufijo que revela el tipo de hidrocarburo  Los sufijos empleados para los alcanos, alquenos y alquinos son respectivamente,  ano ,  eno , e  ino  Met  Et  Prop  But  Pent  Hex  Hept  Oct  Non  Dec  Undec  Dodec  Tridec  Tetradec  Eicos  Triacont  1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 20 30

12. octano propano etano metano butano CH 3  CH 2 ) 6  CH 3 CH 3  CH 2  CH 2  CH 3 CH 3  CH 2  CH 3 CH 3  CH 3 CH 4

13. HIDROCARBUROS CON DOBLES ENLACES: ALQUENOS propeno 1  buteno 2  buteno 1,3  pentadieno 1,3,6  octatrieno CH 2 =  CH  CH = CH  CH 2  CH = CH  CH 3 1 2 3 4 5 6 7 8 CH 3  CH 2  CH = CH 2 4 3 2 1 CH 3  CH 2 = CH  CH 3 1 2 3 4 CH 3  CH = CH  CH = CH 2  5 4 3 2 1 La posición del doble enlace, se indica con un localizador, empezando a numerar la cadena por el extremo más próximo al doble enlace  Se nombran sustituyendo la terminación  ano , por  eno   El localizador es el número correspondiente al primer carbono del doble enlace y se escribe delante del nombre separado por un guión  Si el alqueno tiene dos o más dobles enlaces, numeramos la cadena asignando a los dobles, los localizadores más bajos Se utilizan las terminaciones  dieno ,  trieno  CH 3  CH = CH 2 

14. HIDROCARBUROS CON TRIPLES ENLACES: ALQUINOS etino 1  butino 1,4  hexadiino 1,3,5  hexatriino CH  C  C  C  C  CH 1 2 3 4 5 6 CH  C  CH 2  C  C  CH 3 1 2 3 4 5 6 La nomenclatura de los alquinos se rige por reglas análogas a las de los alquenos. Solo hay que cambiar el sufijo  eno , por  ino  CH  CH CH  C  CH 2  CH 3

15. HIDROCARBUROS CÍCLICOS ciclobutano ciclohexeno 1,3  ciclopentadieno 3 4 CH CH CH CH CH 2 = 1 2 5 CH 2  CH 2 CH 2  CH 2 CH =  CH CH 2  CH 2 CH 2 CH 2 También llamados hidrocarburos alicíclicos. Se nombran anteponiendo el prefijo ciclo  al nombre del hidrocarburo de cadena lineal de igual número de átomos de C 

16. RADICALES DE LOS ALCANOS: ALQUILOS. RAMIFICACIONES DE CADENAS metilo butilo propilo etilo isopropilo En general Iso .... ilo – CH=CH 2 vinil CH 3  CH  (CH 2 ) n  CH 3 CH 3  CH  CH 3 CH 3  CH 2  CH 3  CH 2  CH 2  CH 2  CH 3  CH 2  CH 2  CH 3  Si un alcano pierde un átomo de hidrógeno de un carbono terminal se origina un radical alquilo, cuyo nombre se obtienen sustituyendo la terminación  ano por  ilo 

17. ELECCIÓN DE CADENA PRINCIPAL Si no hay grupos funcionales o no influyen en la elección, se elige como cadena principal la más larga posible. A igualdad de longitud será la cadena principal la que posea más radicales . La cadena principal es la que incluye al grupo principal y a la mayor parte posible de grupos secundarios aunque no sea la más larga Se numeran los carbonos de la cadena principal de modo que caigan los números más bajos posibles a los grupos funcionales (primero el principal) y los radicales. Se nombran los radicales por orden alfabético anteponien el localizador correspondiente. Si hay radicales repetidos se utilizan los prefijos di- tri- tetra- , que no se tienen en cuenta para el orden alfabético. Se añade el nombre del hidrocarburo correspondiente a la cadena principal . Se acaba con la terminación característica del grupo principal si lo hay. Se numera de manera que caigan los localizadores más bajos posibles a los dobles enlaces. Si hay dobles y triples enlaces tienen preferencia los dobles enlaces sobre los triples enlaces.

18. HIDROCARBUROS DE CADENA RAMIFICADA 5  etil  3  metiloctano 3  propil  1,4  hexadieno | CH 2 | CH 2 | CH 3 CH 3  CH =  CH  CH  CH = CH 2 6 5 4 3 2 1 CH 3  CH 2  CH  CH 2  CH  CH 2  CH 3 | CH 3 1 2 3 4 5 6 7 8 | CH 2 | CH 2 | CH 3 Se nombran primero las cadenas laterales alfabéticamente, como si fueran radicales pero sin la o final, y a continuación la cadena principal. Delante del nombre y separado por un guión, se escribe el localizador que indica a qué átomo de la cadena principal va unido 

19. REACTIVIDAD DE LOS HIDROCARBUROS Echamos unas gotas de bromo en dos tubos, uno con pentano y otro con penteno observando que el bromo no reacciona con el pentano (por eso cambia de color), reaccionando con el penteno (permaneciendo incoloro)  Br 2 pentano penteno Los hidrocarburos saturados (alcanos) son poco reactivos   Los hidrocarburos insaturados (alquenos y alquinos) dan fácilmente REACCIONES DE ADICIÓN

20. REACCIONES DE ADICIÓN C = C H H H H + H 2 + Br 2 + HCl H  C  C  H H | H | | H | H H  C  C  H Br | Br | | H | H H  C  C  H H | Cl | | H | H

21. HIDROCARBUROS AROMÁTICOS: EL BENCENO C C C C C C H H H H H H El círculo central representa tres enlaces dobles entre átomos de carbono, es decir, 6 electrones, que no se encuentran localizados en posiciones fijas Molécula de benceno (C 6 H 6 ) Hibridación sp 2 del benceno. Nube electrónica “  ” Nube “  ” común Esqueleto “  ”

22. Algunos derivados del benceno con nombre propio tolueno fenol ácido benzoico benzaldehído benzamida CH 3 COOH OH CONH 2 CHO

23. metilbenceno tolueno 1,2  dimetilbenceno o-dimetilbenceno 1  etil  3  metilbenceno m  etilmetilbenceno CH 2  CH 3 | CH 3 | CH 3 | CH 3 | CH 3 | Si hay un sustituyente, se nombra primero como radical, añadiendo después la palabra benceno. El carbono que contiene el sustituyente se numera como 1 Para los derivados disustituidos, se pueden utilizar los prefijos orto , meta , y para , según ocupen las posiciones 1 y 2 , 1 y 3 , ó bien 1 y 4 respectivamente  

24. ORTO META PARA

25. REACCIONES DE SUSTITUCIÓN DE LOS HIDROCARBUROS AROMÁTICOS Los hidrocarburos aromáticos dan fácilmente reacciones de sustitución (sustituyendo un hidrógeno del anillo por diversos grupos). No sucede lo mismo con las reacciones de adición H | + Br  Br catalizador Br | + HBr + HO NO 2 catalizador + H 2 O NO 2

26. HIDROCARBUROS HALOGENADOS Y SUS USOS Cloroetano Anestésico local. Su bajo punto de ebullición hace que se evapore rápidamente, enfriando las terminaciones nerviosas. diclorodifluormetano (freón 12) triclorofluormetano (freón 11) Los freones (nombre comercial) se usan como refrigerantes. No son inflamables ni tóxicos. Algunos se usan en extintores especiales contra el fuego p  diclorobenceno Se usa ampliamente para repeler a las polillas DDT Pesticida persistente. Se utilizó mucho como insecticida entre 1950 y 1970. Su uso está actualmente limitado debido a su toxicidad y a que no es biodegradable C O M P U E S T O U S O S CH 3  CH 2  Cl | C | Cl  Cl F  F | C | Cl  Cl Cl  F  Cl Cl  C Cl Cl | C |  Cl Cl  Cl | H    

27. CONCEPTO DE GRUPO FUNCIONAL Un grupo funcional es un átomo o grupo de átomos presente en una molécula orgánica que determina las propiedades químicas de dicha molécula   Algunas moléculas poseen más de un grupo funcional diferente, otras tienen el mismo grupo funcional repetido varias veces  El grupo funcional es el principal responsable de la reactividad química del compuesto, por eso todos los compuestos que poseen un mismo grupo funcional, muestran las mismas propiedades G.F. HC HC = esqueleto hidrocarbonado G.F. = grupo funcional H  C  C  H H | H | | H | H etano H  C  C  OH H | H | | H | H etanol

28. PRINCIPALES GRUPOS FUNCIONALES hidroxi formil oxo carboxi  amino carbamoil GRUPO FUNCIONAL NOMBRE DE LA SERIE HOMÓLOGA SUFIJO PREFIJO (CUANDO NO ES GRUPO PRINCIPAL)  OH Alcoholes  ol  O  Éteres  éter R  oxi  C = O H  Aldehidos  al C = O R R  Cetonas  ona  C = O OH  Ácidos carboxílicos  oico 2  NH Aminas -amina  C = O NH 2  Amidas -amida  C = O OR  Ésteres  oato de R

29. GRUPOS POR ORDEN DE PREFERENCIA Función Nom. grupo Grupo Nom. (princ.) Nom. (secund) Ácido carboxílico carboxilo R–COOH ácido …oico carboxi (incluye C) Éster éster R–COOR’ … ato de …ilo … oxicarbonil Amida amido R–CONR’R amida amido Nitrilo nitrilo R–C  N nitrilo ciano (incluye C) Aldehído carbonilo R–CH=O … al formil (incluye C) Cetona carbonilo R–CO–R’ … ona oxo Alcohol hidroxilo R–OH … ol hidroxi Fenol fenol – C 6 H 5 OH … fenol hidroxifenil Amina (primaria) (secundaria)(terciaria) Amino “ R–NH 2 R–NHR’ R–NR’R’’ … ilamina …il…ilamina amino Éter Oxi R–O–R’ … il…iléter oxi…il Hidr. etilénico alqueno C=C … eno … en Hidr. acetilénico alquino C  C … ino Ino (sufijo) Nitrocompuestro Nitro R–NO 2 nitro… nitro Haluro halógeno R–X X… X Radical alquilo R– … il … il

30. NOMENCLATURA DE COMPUESTOS ORGÁNICOS CON GRUPOS FUNCIONALES 4  metil  2  pentanona 3  hidroxi  butanal CH 3  CH  CH 2  CO  CH 3 CH 3 1 2 3 4 5 CH 3  CH  CH 2  C OH = O H El nombre de la cadena principal termina en un sufijo propio del grupo funcional  A los criterios dados para elegir la cadena principal se antepone el de escoger aquella que contenga el grupo funcional  Si hay más de un grupo funcional, el sufijo de la cadena principal es el correspondiente al grupo funcional principal, elegido según el orden de mayor a menor preferencia: ácido, éster. Amida, aldehido, cetona, alcohol, amina, éter  Los grupos funcionales no principales, se nombran como sustituyentes utilizando el prefijo característico 

31. ALCOHOLES  OXIDACIÓN DE ALCOHOLES PRIMARIOS OXIDACIÓN DE ALCOHOLES SECUNDARIOS   Son compuestos orgánicos oxigenados, y sus moléculas contienen uno o más grupos hidroxilo,  OH El grupo  OH puede ocupar distintas lugares en la cadena, y en tal caso, se indica con un localizador, el carbono al que está unido   Si el compuesto tiene dos, tres, etc., grupos  OH , se usan los prefijos diol, triol, ... CH 3 OH metanol CH 3  CH 2 OH etanol CH 3  CH 2  CH 2 OH 1  propanol CH 3  CHOH  CH 2 OH 1,2  propanodiol R  CH 2 OH (O) R  C O H (O) R  C O OH R  CHOH  R  (O) R  CO  R 

32. FENOLES Fenol O-metilfenol 2,5-dietilfenol OH | OH | CH 2   CH 3 CH 3   CH 2 OH | CH 3  Son compuestos orgánicos que resultan de sustituir un átomo de hidrógeno unido a un anillo aromático por un grupo hidroxilo,  OH El grupo  OH puede ocupar distintas lugares en la cadena, y en tal caso, se indica con un localizador, el carbono al que está unido   Si el compuesto tiene dos, tres, etc., grupos  OH , se usan los prefijos diol, triol, ...

33. ÉTERES dimetil éter etilmetil éter dietil éter metoxietano CH 3  CH 2  O  CH 3 CH 3  CH 2  O  CH 2  CH 3 CH 3  CH 2  O  CH 3 CH 3  O  CH 3  Son compuestos orgánicos en los que un átomo de oxígeno une dos radicales carbonados Se nombran (en la nomenclatura radicofuncional) por orden alfabético, los radicales unidos al  O  , seguidos de la palabra ÉTER   En la nomenclatura sustitutiva, se nombra el radical más sencillo (con la palabra OXI ), seguido sin guión del nombre del hidrocarburo del que deriva el radical más complejo

34. ALDEHÍDOS etanal 3  butenal 3  metilpentanal  C    C    CH  CH 2  C O H CH 3 |  CH   =  CH  CH 2  C O H  CH 3  C O H  Son compuestos orgánicos que se caracterizan por tener el grupo funcional carbonilo En los aldehidos, dicho grupo es terminal (por ir situado al final de la cadena) o primario (por ir unido a un carbono primario)  C = O Aldehido  ( AL cohol DE s HI drogena DO )  Se nombran añadiendo al nombre del hidrocarburo la terminación AL (grupo carbonilo en un extremo) o DIAL (grupo carbonilo en dos extremos)  No es necesario añadir un localizador para el carbonilo  C O H aldehido

35. CETONAS 2,4  pentanodiona butanodiona  CH 3  CO  CH 3  CH 3  CO  CH 2  CO  CH 3  Son compuestos orgánicos que se caracterizan por tener el grupo funcional carbonilo  CO  , ligado a dos carbonos (no es terminal) En la nomenclatura sustitutiva, se nombran a partir del hidrocarburo del que procede, añadiendo la terminación  ONA,  DIONA, etc., e indicando la presencia del grupo carbonilo (  CO  ) asignando los localizadores más bajos posibles   En la nomenclatura radicofuncional (menos utilizada), se nombran alfabéticamente, uno a continuación del otro, añadiendo al final la palabra CETONA R  C O R  cetona CH 3  CO  CO  CH 3 propanona dimetil cetona acetona

36. ÁCIDOS CARBOXÍLICOS Ác. butanoico Ác. etanodioico HOOC  COOH  CH 3  CH 2  CH 2  COOH  CH 3  CH  COOH OH  Son compuestos orgánicos que se caracterizan por tener el grupo funcional carboxilo  COOH , ligado a un carbono terminal primario Se nombran sistemáticamente anteponiendo la palabra ÁCIDO , seguida del nombre del hidrocarburo del que procede terminado en  OICO. Será  DIOICO si el grupo carboxilo está en ambos carbonos terminales   Se numeran a partir del grupo  COOH, y en caso de que hubiera dos, según las normas vigentes para las demás funciones o radicales presentes  C O OH Acido carboxílico Ác. 2  hidroxipropanoico Ác. láctico

37. Ortiga, hormiga Vinagre Cabras Ac. 2-hidroxipropanoico o láctico Leche agria Á C I D O S C A R B O X Í L I C O S C O M U N E S FÓRMULA NOMBRE Se encuentra en Mantequilla rancia Raíz de la valeriana H  C OOH  CH 3 COOH CH 3   C H 2 ) 2  C OOH 3 2 ) 3 CH  CH  C OOH CH 3  CH 2 ) 4  C OOH CH 3  C HOH  C OOH Ac. metanoico o fórmico Ac. etanoico o acético Ac. butanoico o butírico Ac. pentanoico o valeriánico Ac. hexanoico o caproico

38. ÉSTERES Y SALES Metanoato de propilo Etanoato de metilo Benzoato de etilo Butanoato de sodio C O OCH 2 CH 3 CH 3  CH 2  CH 2  COONa CH 3  C O OCH 3 H  C O OCH 2 CH 2 CH 3  Son compuestos orgánicos que se caracterizan por ser producto de la sustitución de los átomos de hidrógeno del grupo carboxilo por un elemento metálico (SALES) o por un radical carbonado (ÉSTERES) Se nombran sustituyendo la terminación  ICO del ácido, por  ATO seguida del nombre del radical alquílico R  R  C O O  R   Ésteres Sales R  C O O  n Me

39. REACCIONES DE ESTERIFICACIÓN esterificación hidrólisis  Los ácidos carboxílicos reaccionan con los alcoholes formando ésteres y agua, según esta reacción: R  C O OH + R’   R  C O O  R’ +    ácido + alcohol éster + agua  Este tipo de reacciones, llamadas de esterificación, son reversibles  La reacción en sentido inverso, es decir, la hidrólisis del éster, permite recuperar el ácido y el alcohol

40. AMINAS metilamina dimetilamina Anilina NH 2 CH 3  NH  CH 3 CH 3  NH 2  Se pueden considerar como compuestos orgánicos derivados del amoníaco, en el que se han sustituido uno o más átomos de hidrógeno, por otros tantos radicales alquilos. Según sustituyan uno, dos ó tres, se llaman primarias, secundarias o terciarias respectivamente PRIMARIA SECUNDARIA TERCIARIA amoníaco | N H H H | N H H R R  H R | N R  R   R | N

41. AMIDAS Dietanamida o diacetamida metanamida o formamida etanamida o acetamida PRIMARIA SECUNDARIA TERCIARIA  Pueden considerarse como derivadas de los ácidos al sustituir el grupo  OH de los mismos, por el grupo  NH 2 , dando lugar al grupo funcional llamado AMIDO  El nitrógeno queda unido directamente al carbonilo  C O NH 2 amida H  CONH 2 CH 3  CONH 2 Dos grupos  C = O  CO  NH  CH 2   CO  NH 2 Un grupo  C = O unido al nitrógeno Tres grupos  C = O  CO  N  CH 2  CH 2 - CH 3  CO  NH  CO  CH 3

42. ISOMERÍA Se dividen en en dos grupos: isómeros estructurales y estereoisómeros a) Los isómeros constitucionales o estructurales se subdividen en: - Isómeros de cadena - Isómeros de posición - Isómeros de función a) Los estereoisómeros se subdividen en: - Enantiómeros - Isómeros geométricos o diastereoisómeros Clasificación Dos compuestos son isómeros cuando, siendo diferentes, responden a la misma fórmula molecular

43. LOS ISÓMEROS CONSTITUCIONALES O ESTRUCTURALES Se subdividen en :  Isómeros de cadena  Isómeros de posición  Isómeros de función Son aquellos que difieren en la colocación de los átomos de carbono CH 3  CH 2  CH 2   CH 3 y CH 3  CH  CH 3 CH 2  Ejemplo: Son aquellos que teniendo el mismo esqueleto carbonado, se distinguen por la posición que ocupa el grupo funcional CH 3  CH 2  CH 2  CH 2  OH y CH 3  CH 2  CHOH  CH 3 Ejemplo : CH 3  CH 2  CH 2  OH y CH 3  O  CH 2  CH 3 Ejemplo: Son aquellos que teniendo la misma fórmula molecular, poseen grupos funcionales diferentes

44. LOS ESTEREOISÓMEROS - Enantiómeros - Isómeros geométricos o diastereoisómeros Si uno es la imagen especular del otro, y no pueden superponerse Son aquellos que no guardan entre sí una relación objeto-imagen en el espejo. Corresponden a dobles enlaces y a la colocación de los sustituyentes iguales, los dos al mismo lado CIS o opuestos TRANS Las moléculas (1) y (2) son uno imagen del otro y por tanto, son enantiómeros Las moléculas (3) y (4) difieren en la posición . Son isómeros geométricos Ejemplo: Son aquellos que teniendo la misma fórmula molecular, tienen sus átomos colocados de igual manera, pero su disposición en el espacio es diferente. Se subdividen en :  (3) (4) CH 3 C HO COOH H CH 3 C OH HOOC H (1) (2) Objeto Imagen especular

45. REACCIONES ORGÁNICAS SEGÚN LA CLASE DE RUPTURA DE ENLACES. reacciones orgánicas radicalarias reacciones orgánicas iónicas RUPTURA HOMOLÍTICA Toda reacción química implica la ruptura de unos enlaces y la formación de otros nuevos En el transcurso de una reacción orgánica, debe producirse la ruptura de enlaces, generalmente, covalentes RUPTURA HETEROLÍTICA

46. Los radicales libres tienden a adquirir un e - y completar su octeto, por ello son muy reactivos REACCIONES RADICALARIAS: RUPTURA HOMOLÍTICA U HOMOPOLAR. La ruptura homolítica de un enlace requiere una alta aportación energética La ruptura homolítica es típica de enlaces apolares, aunque, en condiciones adecuadas, también es posible que ocurra en un enlace polar La ruptura de un enlace covalente se llama homolítica cuando cada átomo que se separa retiene un e - de los dos que constituían dicho enlace. O rigina dos especies eléctricamente neutras, pero muy reactivas debido a la presencia de un e - desapareado: A  B A  + B  temperaturas altas luz ultravioleta H  C  C  H H H H H + H  energía H  C  C  H H H H H  C  C  Cl H H H H + Cl  energía H  C  C  H H H H

47. propagación terminación La reacción termina cuando los radicales se recombinan entre sí iniciación Cuando un radical libre reacciona con una molécula, se produce otro radical libre, que hace que la reacción siga propagándose en cadena: reacción autocatalítica REACCIONES IÓNICAS: RUPTURA HETEROLÍTICA O HETEROPOLAR. A  B energía A  + B  A  + X  Y A  X + Y  Y  + A  B Y  B + A  A  + Y  A  Y A  + A  A  A Y  + Y  Y  Y La ruptura heterolítica origina un catión y un anión reacciones iónicas La ruptura de un enlace se denomina heterolítica o heteropolar cuando uno de los átomos que se separa se lleva los dos electrones que constituían dicho enlace: A  B A + + B -

48. La ruptura heterolítica es típica de enlaces polares, por lo que las reacciones iónicas suelen ocurrir en disolventes polares , que solvatan a los iones Si en una ruptura heterolítica el átomo que se lleva los electrones es un átomo de carbono, el ion negativo formado se denomina carbanión Si, por el contrario, el átomo de carbono soporta la carga positiva, el ion resultante se denomina carbocatión o ion carbonio Los aniones formados en una ruptura heterolítica pueden aportar su par electrónico no compartido para formar nuevos enlaces; y los cationes, su orbital vacío A + + X  Y A  X + Y + B - + X  Z B  X + Z -  C  A  C - + A +  C  B  C + + B -

49. COMPARACIÓN DE CARACTERÍSTICAS DE LAS REACCIONES RADICALARIAS E IÓNICAS. Generalmente, tienen lugar en fase gaseosa o en disolventes apolares Para iniciarlas, se necesitan temperaturas altas o irradiación con luz ultravioleta Con frecuencia ocurren por un mecanismo en cadena Están catalizadas por sustancias que se descomponen formando radicales libres. Están inhibidas por sustancias que atrapan radicales libres Generalmente, tienen lugar en disolución de líquidos polares Pueden tener lugar a temperatura ambiente o en la oscuridad Con frecuencia están catalizadas por ácidos y bases No las afectan las sustancias que producen radicales libres ni las que los atrapan REACCIONES RADICALARIAS REACCIONES IÓNICAS

50. TIPOS DE REACTIVOS ORGÁNICOS especie que ataca a la molécula del sustrato, originando la formación de nuevos enlaces molécula reaccionante más grande y que en la reacción varía su grupo funcional o experimenta un cambio estructural REACTIVO SUSTRATO ESPECIES QUÍMICAS QUE INTERVIENEN EN UNA REACCIÓN ORGÁNICA

51. especies que poseen un electrón sin aparear. Son muy reactivos Radicales libres TIPOS DE REACTIVOS Reactivos nucleófilos Reactivos electrófilos grupos de átomos que poseen zonas de alta densidad electrónica especies que poseen zonas con deficiencia de electrones

52. Ejemplos de reactivos nucleófilos y electrófilos. NUCLEÓFILOS R–OH R–O – H 2 O R–NH 2 R – C  N R–COO – NH 3 OH – halogenuros: Cl – , Br – ELECTRÓFILOS H + NO 2 + NO + BF 3 , AlCl 3 cationes metálicos: Na + R 3 C + SO 3 CH 3 Cl, CH 3 –CH 2 Cl halógenos: Cl 2 , Br 2

53. EFECTOS ELECTRÓNICOS EN LAS REACCIONES ORGÁNICAS. Los desplazamientos electrónicos pueden atribuirse, fundamentalmente, a dos causas diferentes Una molécula orgánica puede presentar zonas con una densidad electrónica alta y zonas con una densidad electrónica baja, como consecuencia de desplazamientos de los electrones de enlace EFECTO MESÓMERO EFECTO INDUCTIVO

54. Desplazamientos electrónicos . Efecto inductivo : “Desplazamiento parcial del par electrónico en enlace sencillo “  ” hacia el átomo más electronegativo provocando fracciones de carga”. Efecto mesómero o resonancia : “Desplazamiento del par de electrones “  ” del doble enlace hacia uno de los átomos por la presencia de pares electrónicos cercanos”.

55. EFECTO INDUCTIVO. Se denomina efecto inductivo al desplazamiento de los electrones de los enlaces σ de una molécula orgánica como consecuencia de la diferencia de electronegatividad de los átomos enlazados intensidad del efecto inductivo Efecto inductivo negativo (  I) : lo presenta un sustituyente que atrae hacia sí los electrones de un enlace  con más intensidad que el H (por ser más electronegativo que éste) Efecto inductivo positivo (+I) : lo presenta aquel sustituyente que atrae hacia sí los electrones de un enlace σ con menos intensidad que el H (por ser menos electronegativo que éste)  C  +  Cl  El átomo más electronegativo atrae hacia sí el par de electrones del enlace con mayor intensidad, apareciendo sobre él una cierta densidad de carga negativa,   ; mientras que sobre el átomo más electropositivo aparece una densidad de carga positiva,  + Por ejemplo, en el enlace C –Cl átomo de H efecto inductivo nulo referencia

56. OCH 3 / I / Br / Cl / F / COOH / NO 2 EFECTO MESÓMERO. Se denomina efecto mesómero al desplazamiento electrónico producido por la movilidad de los electrones de los enlaces π Los electrones de un enlace π no están necesariamente localizados entre dos átomos, sino que forman una nube capaz de desplazarse a lo largo de la cadena Por ejemplo, el enlace carbonilo, C =O, debe considerarse como híbrido de varias formas resonantes. La mejor manera de representarlo es mediante un híbrido de las dos formas resonantes siguientes: CH 3 /  C H 2  C H 3 /  C H  C H 3 CH 3  C  C H 3 CH 3 CH 3 efecto inductivo positivo ( +I ) efecto inductivo negativo ( – I ) C = O C +  O 

57. Efecto mesómero positivo (+M) : cuando un sustituyente desplaza electrones π hacia la cadena a la que está unido Efecto mesómero negativo (  M) : Cuando un sustituyente retira electrones π de la cadena carbonada a la que está unido  OH /  OR /  NH 2 / X Cuando existen varios enlaces dobles conjugados , esto es, alternos, el efecto mesómero puede transmitirse, sin debilitarse, a mayor distancia que el inductivo El grupo carbonilo presenta efecto mesómero negativo,  M . Los átomos que poseen un par de electrones sin compartir (por ejemplo los halógenos), presentan efecto mesómero positivo, + M Un sustituyente puede presentar tanto efecto mesómero como inductivo, del mismo o distinto signo  CHO /  COOR /  COOH /  CN /  NO 2 efecto mesómero positivo ( +M ) efecto mesómero negativo ( – M )

58. REACCIONES DE SUSTITUCIÓN . Un átomo o grupo de átomos de la molécula del sustrato es sustituido por otro átomo o grupo atómico, suministrado por el reactivo Por radicales libres: el reactivo atacante es un radical libre producido en una ruptura homolítica Nucleófila (S N ): el reactivo es una especie nucleófila que ataca a las zonas del sustrato con deficiencia electrónica (ruptura heterolítica) Electrófila (S E ): el reactivo atacante es una especie nucleófila que ataca a las zonas del sustrato con abundancia electrónica R  X + Y R  Y + X sustrato grupo saliente producto reactivo C H 3  C H 3 + Cl 2 C H 3  C H 2 Cl + HCl C H 3  C H 2  Cl + O H  C H 3  C H 2  O H + Cl  H + R  X R + H X AlCl 3

59. Sustitución homolítica (radicálica) Se da, por ejemplo, en la halogenación de alcanos (con luz U.V. o en presencia de peróxidos). Iniciación: Cl 2 + luz ultravioleta  2 Cl · Propagación: CH 3 –CH 3 + Cl ·  CH 3 –CH 2 · + HCl Terminación: CH 3 –CH 2 · + Cl ·  CH 3 –CH 2 –Cl (2 CH 3 –CH 2 ·  CH 3 –CH 2 –CH 2 –CH 3 ) Reacciones de sustitución electrófila . Nitración : + HNO 3  + H 2 O NO 2 H 2 SO 4

60. El segundo grupo electrófilo se orienta fundamentalmente a la posición “meta” (el grupo nitro con efecto –M mesómero provoca fracciones de carga positiva en “orto” y “para”) Halogenación : + Cl 2  + HCl Cl FeCl 3 Alquilación (Friedelf–Crafts) : + ClCH 3  + HCl CH 3 AlCl 3 N + O O –  N + O – O N + O – O – +  O – N + O – +  N + O – O + – 

61. El segundo grupo electrófilo se orienta fundamentalmente a las posiciones “orto” y “para” dado el efecto +M mesómero del Cl ya que estas posiciones tienen  – ) Sustitución nucleófila Sustitución de derivados clorados: (CH 3 ) 3 C–Cl + NaOH  (CH 3 ) 3 C–OH + NaCl Nota: Esta reacción compite con la de eliminación ,si bien en este caso, por formarse un carbocatión estable (terciario) se favorece la sustitución . CH 3 –CH 2 –CH 2 –Cl + 2 NH 3  CH 3 –CH 2 –CH 2 –NH 2 + NH 4 Cl Sustitución de alcoholes: CH 3 –CH 2 –OH + HBr  CH 3 CH 2 –Br + H 2 O Cl Cl + –  Cl + –  Cl + – 

62. REACCIONES DE ADICIÓN La molécula del sustrato gana dos átomos o grupos de átomos, procedentes del reactivo Nucleófila (S N ): el reactivo atacante es una especie nucleófila que busca puntos con baja densidad electrónica Electrófila (S E ): el reactivo es una especie electrófila que ataca los puntos con alta densidad electrónica  C  C  + Y  Z C  C Y Z ll C H 3  C O H + H  CN C H 3  C  H CN O H Adición de halógenos: C H 3  C H  C H  C H 3 + Br 2 C H 3  C H  C H  C H 3 Br Br

63. + + Adición de halogenuros de hidrógeno (regla de MARKONIKOV): el hidrógeno se adiciona al carbono con mayor número de hidrógenos. C H 3  C H  C H 2 + H  Cl C H 3  C H  C H 2 H C H 3  C H  C H 3 + Cl C H 3  C H  C H 3 Cl Adición de hidrógeno en presencia de catalizadores: C H 3  C H  C H 2 + H 2 C H 3  C H  C H 2 H H

64. REACCIONES DE ELIMINACIÓN. La molécula del sustrato pierde dos átomos o grupos de átomos, formando un enlace (o cerrando un ciclo) Siguen la regla de Saytzeff : “En las reacciones de eliminación el hidrógeno sale del carbono adyacente al grupo funcional que tiene menos hidrógenos” C H 3  C H  C H 2 + K Cl + H 2 O C H 3  C H 2  C H 2 + KOH H Cl + A  B C  C  C  C  A B deshidratación de un alcohol H 2 C  C H 2 + H 2 O C H 2  C H 2 H OH H 2 SO 4 deshidrohalogenación de halogenuros de alquilo doble eliminación C H 3  C  C  H Br H H Br C H 3  C  C H + 2K Br + 2 H 2 O + 2KOH

65. Ejemplo : Al reaccionar 2-metil-2-butanol con ácido sulfúrico se produce una mezcla de alquenos en diferente proporción. Escribe los posibles alquenos y justifica sus proporciones. CH 3 | CH 3 CH 3 –CH=C–CH 3 | CH 3 –CH 2 –C–CH 3 mayor proporción | OH CH 3 | CH 3 –CH 2 –C=CH 2 + H 2 O

66. Reacciones Redox. En Orgánica existen también reacciones redox. Es más complejo determinar el número de oxidación del C, ya que en una misma cadena, cada átomo de C puede tener un estado de oxidación distinto. Como consecuencia de ello, al calcular el estado de oxidación, en ocasiones salen números fraccionarios, que no son sino las medias aritméticas de los estados de oxidación de cada uno de los átomos de carbono. Habitualmente, se sigue utilizando el concepto de oxidación como aumento en la proporción de oxígeno y reducción como disminución es la proporción de oxígeno. COMBUSTIÓN: son procesos de oxidación violentos en atmósfera de oxígeno o en el aire que se producen con gran desprendimiento de luz y calor C H 3  C H 2  C H 2  C H 3 + 13/2O 2 4CO 2 + 5 H 2 O + energía

67. REACCIONES REDOX SIN RUPTURA DE LA CADENA: son oxidaciones (y reducciones) más suaves, sin que se rompa la cadena carbonada Los alquenos se oxidan con formando dialcoholes: Ejemplo: CH 3 –CH=CH–CH 3 CH 3 –CHOH–CHOH–CH 3 Si no se toman precauciones la oxidación puede ser más profunda y formarse aldehídos y/o cetonas. oxidación reducción CH 4  CH 3 OH  HCHO  HCOOH  CO 2 E.O.: –4 –2 0 +2 +4 % O: 0 50 53,3 69,6 72,7 KMnO 4

68. Oxonolisis : Es una reacción específica del doble enlace, que consiste en la ruptura del mismo partiendo la cadena en dos y formando ácidos carboxílicos o cetonas: En presencia de un ambiente reductor, es posible obtener aldehídos en vez de ácidos carboxílicos. Los alcoholes se oxidan por acción del KMnO 4 o del K 2 Cr 2 O 7 a aldehídos o cetonas dependiendo de si se trata de un alcohol primario o secundario, respectivamente. Los alcoholes terciarios, en cambio, son bastante resistentes a la oxidación. Ejemplo: CH 3 –CHOH–CH 2 –CH 3 CH 3 –CO–CH 2 –CH 3 O 2 CH 3 –C=CH–CH 3 CH 3 –C=O | | + HOOC–CH 3 CH 3 CH 3 KMnO 4

69. Los aldehídos son sustancias muy frágiles y reductoras y se oxidan con facilidad a ácidos. Los aldehídos también pueden transformarse en alcoholes primarios e incluso en hidrocarburos en presencia de un ambiente reductor fuerte, dependiendo del catalizador empleado. En cambio, las cetonas sufren reacciones de reducción similares a los aldehídos, pero se resisten a ser oxidadas. CH 3 –CH 2 –CHO CH 3 –CH 2 –COOH CH 3 –CO–CH 3 + H 2 CH 3 –CHOH–CH 3 CH 3 –CH 2 –CHO + 2 H 2 CH 3 –CH 2 –CH 3 +H 2 O O 2 Pt o Pd Zn/HCl

70. REACCIONES DE CONDENSACIÓN. Dos moléculas orgánicas se unen desprendiéndose una molécula pequeña, generalmente agua formación de una amida a partir de un ácido carboxílico y una amina esterificación o reacción entre un ácido carboxílico y un alcohol para formar un éster + C H 3  C H 2  N  H H ll C H 3  C O OH ll C H 3  C O  N  C H 2  C H 3 H + H 2 O + C H 3  O  H ll C H 3  C O OH + H 2 O ll C H 3  C O O  C H 3