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QUÍMICA ORGÁNICA QUÍMICA ORGÁNICA Antecedentes: Hasta la primera mitad del siglo XIX, se pensaba que los compuestos orgánicos solo podían ser sintetizados por los seres vivos. Esta idea era sostenida por la Teoría Vitalista propuesta por el químico sueco Jacobo Berzelius en 1809 quien indicaba que solo los seres vivos puede producir estos compuestos ya que poseen la llamada “fuerza vital”; por lo tanto , en el laboratorio no se podía sintetizar un compuesto orgánico. Compuestos orgánicos Organismos vivos fuerza vital En 1828, el químico alemán Friedrich Wöhler, discípulo de Berzelius, buscando producir en el laboratorio cianato de amonio (NH4CNO), un compuesto inorgánico, a partir de sustancias inorgánicas sintetizó por primera vez un compuesto orgánico llamado carbodiamida o urea , (NH2)2CO, presente en la orina. calor NH4CNO O || H2N – C – NH2 Es una rama de la química que se encarga de estudiar el carbono y sus compuestos ya sean de origen natural o artificial analizando su composición, estructura interna; propiedades físicas, químicas y biológicas; su transformación y las respectivas aplicaciones con la finalidad de satisfacer las necesidades del hombre. QUÍMICA ORGÁNICA 1. CONCEPTO ¿Todos los compuestos que tienen carbono son orgánicos? No, existen compuestos que en su composición química tienen carbono pero no son orgánicos, por ejemplo: CaCO3, H2CO3, CO2, CO, NaHCO3, NH4CNO, HCN, KCN, NaSCN, HCNO, etc. Estos compuestos, por sus propiedades, son compuestos inorgánicos Entonces, ¿Cómo reconocemos a un compuesto orgánico? Desde luego, en base a sus propiedades generales. Muchos compuestos orgánicos son muy conocidos, entre ellos tenemos: propano, CH3CH2CH3; etanol, CH3CH2OH; acetona, CH3COCH3; ácido acético, CH3COOH; glucosa, C6H12O6; urea, CO(NH2)2, etc. Se observa que todos los compuestos contienen al átomo de carbono, es por esta razón, que la Química Orgánica es conocida también como “Química del Carbono”. Esquema de la abundancia relativa de los elementos en compuestos orgánicos H O N C Constituyente universal Siempre presente Muy frecuentemente Frecuentemente menos ELEMENTOS ESCASOS S,P , halógenos METALES: Ca, Fe, Mg, Zn, K, etc. El análisis de compuestos orgánicos revela que los elementos fundamentales que los componen son : C, H, O y N llamados “ELEMENTOS ORGANÓGENOS”, pero también pueden intervenir en pequeñas proporciones otros elementos, como el S, halógenos, (Cl, Br, I), metales (Ca, Mg, Fe, Zn, K, Na, etc). 2. CARACTERÍSTICAS GENERALES DE LOS COMPUESTOS ORGÁNICOS • Los compuestos orgánicos están formados por muy pocos elementos químicos: Elementos organógenos. Son los que están presentes en la gran mayoría de los compuestos orgánicos, entre ellos tenemos C, H, O y N Elementos secundarios. Son los elementos que están presentes en algunos compuestos orgánicos, entre ellos tenemos al sodio, magnesio, calcio, hierro, bromo, cloro, silicio, etc. • Se presentan en los 3 estados de agregación a condición ambiental. • Presentan enlace covalente en la mayoría de sus compuestos, debido a ello sus reacciones son lentas y algunos presentan enlace iónico. Además la mayoría de sus moléculas son apolares. • Por lo general son insolubles o poco solubles en agua pero solubles en solventes apolares como CCl4, CS2, C6H6, etc., son combustibles, inflamables y volátiles. • Son termolábiles, es decir resisten poco la acción del calor y se descomponen generalmente por encima de los 300oC. • Debido a la atracción débil entre sus moléculas tiene puntos de fusión y ebullición relativamente bajos. Además la mayoría son aislantes en estado líquido. • Presentan el fenómeno de isomería (poseen igual fórmula global pero diferente estructura molecular por ello sus propiedades son diferentes). Los compuestos orgánicos pueden formar series homólogas e isólogas Serie homóloga Conjunto de compuestos orgánicos que pertenecen a una misma función química y se diferencian en un grupo metileno (– CH2 –) sus propiedades químicas son similares pero sus propiedades físicas son diferentes. Veamos algunos ejemplos: En alcanos CH4 C2H6 C3H8 C4H10 – CH2 – – CH2 – – CH2 – Serie isóloga Conjunto de compuestos orgánicos que tienen igual número de átomos de carbono y se diferencian en dos átomos de hidrógeno. Pertenecen a funciones químicas diferentes, por ello sus propiedades también son diferentes. Por ejemplo: C2H2 C2H4 C2H6 – H2 – – H2 – En alcoholes CH3OH C2H5OH C3H7OH – CH2 – – CH2 – Carbonos cristalinos (puros 100 %C) Carbonos amorfos (impuros < 100 %C) Naturales Artificiales Grafito Diamante Fullerenos Nanotubos Grafeno Naturales Artificiales Carbón activado Carbón de leña o palo (carbón de madera) Negro de humo u hollín Carbón animal o negro animal Carbón de retorta Antracita, Hulla, Lignito y turba P R O P I E D A D E S F Í S I C A S antigüedad 3. PROPIEDADES DEL CARBONO Coque P R O P I E D A D E S Q U Í M I C A S C H H H C O H.. .. O.... C H H Tetravalencia Autosaturación Covalencia sp3 El átomo de carbono se une a otros átomos compartiendo e- es decir mediante enlace covalente El carbono forma siempre 4 enlaces con otros átomos Llamado también concatenación, aquí los átomos de carbono tienen la cualidad de unirse entre si mediante enlaces simples, dobles o triples. Esta propiedad es casi exclusiva del carbono, debido a esta cualidad forma una gran cantidad de compuestos orgánicos, los cuales son más abundantes que los compuestos inorgánicos Hibridación Consiste en la combinación de 2 o más orbitales atómicos puros (s, px, py, pz) para formar orbitales híbridos sp2 Tipos de Hibridación del carbono Características sp3 sp2 sp Combinación 1 orbital 2s + 3 orbitales 2p 1 orbital 2s + 2 orbitales 2p 1 orbital 2s + 1 orbital 2p Resultante 4 orbitales híbridos sp3 3 orbitales híbridos sp2 y 1 orbital p puro 2 orbitales híbridos sp y 2 orbitales p puros Geometría Molecular - Ángulo Tetraédrica (109º) Triangular (120º) Lineal (180º) Enlace Tipo de Compuesto alcanos o parafinas (saturado) alquenos, olefinas o etilénicos (insaturado) alquinos o acetilénicos (insaturado) 𝜎 𝜎 𝜋 𝜎 𝜋 𝜋 Cuando el átomo de carbono forma dos dobles enlaces acumulados la hibridación es sp, debido a que sus orbitales py y pz, formarán los enlaces pi que presentará dicho carbono dejando a los orbitales s y px para formar los orbitales híbridos sp. sp2 sp2sp Ejemplo Determine el número de átomos de carbono cuya hibridación sea sp, sp2 y sp3 respectivamente en el siguiente compuesto orgánico. CH3 | CH ≡ C – CH2 – CH – CH – CH = CH – CH – CH = C = CH2 | | CH3 CH3 sp2 sp3 sp : 7 átomos : 4 átomos : 3 átomos py py pz pz Geometría no planar 4. TIPOS DE FÓRMULA EN COMPUESTOS ORGÁNICOS Fórmula Desarrollada o Estructural H H H H H H | | | | | | H – C – C – C – C – C – C – H | | | | | | H H H H H H Fórmula Semidesarrollada CH3 – CH2 – CH2 – CH2 – CH2 – CH3 Fórmula Condensada CH3 CH2 CH2 CH2 CH2 CH3 Fórmula Global o Molecular C5H12 pentano pentano pentano Notación topológica (Zig – Zag) Se usa para determinar la masa molar, balance redox, etc. 5. HIDROCARBUROS Son compuestos orgánicos (moléculas apolares) de mucha importancia industrial. Se emplean como combustibles (gasolina, kerosene, gas licuado, etc.), como lubricantes, como materia prima para sintetizar una gama enorme de productos (plásticos, fibras textiles, disolventes, etc.) en la industria petroquímica. Aproximadamente un 40% de energía que utiliza el hombre se obtiene de la quema de hidrocarburos. Son los compuestos orgánicos mas simples ya que en su composición presentan solamente átomos de carbono e hidrógeno, por lo que son denominados compuestos binarios. La fuente natural de los hidrocarburos son: el petróleo (mezcla compleja de hidrocarburos), el gas natural (metano, etano, etc.) y lahulla como fuente de hidrocarburos aromáticos. HIDROCARBUROS Aromáticos “fragantes” Alifáticos “grasos” Acíclicos Alicíclicos • cicloalcanos • cicloalquenosSaturados Insaturados • alcanos • alquenos • alquinos • benceno • naftaleno • antraceno Para su nomenclatura oficial o IUPAC (Unión Internacional de Química Pura y Aplicada) se usan como prefijos ciertas raíces griegas y latinas según la cantidad de átomos de carbono #C 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 Raiz met et prop but pent hex hept oct non dec undec docec tridec #C 14 15 20 21 22 23 24 Raiz tetradec pentadec icos henicos docos tricos triacont NOTA: Estas raíces no solamente se emplearán en la nomenclatura IUPAC de hidrocarburos, sino también en la nomenclatura de compuestos oxigenados, nitrogenados y otras funciones químicas orgánicas. 6. HIDROCARBUROS SATURADOS, ALCANOS O PARAFINAS Se caracterizan por que en su estructura molecular solo hay enlaces simples carbono – carbono (C – C). Químicamente son muy estables, razón por la cual se llaman parafinas, que significa poca reactividad o afinidad Fórmula global CnH2n + 2 (n ≥ 1) Nomenclatura IUPAC. Se escribe el prefijo, el cual depende del número de átomos de carbono, y luego se agrega el sufijo ano Fórmula desarrollada Fórmula semidesarrollada Fórmula global Nombre H | H – C – H | H H – CH3 CH4 Metano (gas grisú) H H | | H – C – C – H | | H H CH3 – CH3 C2H6 Etano 7. TIPOS DE CARBONO EN ALCANOS Carbono primario H | R – C – H | H R – CH3 1o Cada átomo de carbono primario tiene tres hidrógenos primarios Carbono secundario H | R – C – R` | H R – CH2 – R` 2o Cada átomo de carbono secundario tiene dos hidrógenos secundarios Carbono terciario R` | R – C – R`` | H R` | R – CH – R`` 3o El átomo de hidrógeno unido a este tipo de carbono se denomina terciario Carbono cuaternario R` | R – C – R`` | R``` 4o Este tipo de carbono no tiene ningún átomo de hidrógeno Ejemplo Determine el número de carbonos primarios, secundarios, terciarios u cuaternarios en e siguiente compuesto. CH3 CH3 | | CH3 – CH2 – CH2 – CH – CH – CH2 – C – CH2 – CH2 – Cl | | CH3 CH3 Carbonos primarios ( ) = 6 * Carbonos secundarios ( ) = 4 Carbonos terciarios ( ) = 2 Carbonos cuaternarios ( ) = 1* NOTA: en los hidrocarburos saturados es conveniente clasificar a los átomos de carbono como primario, secundario, terciario y cuaternario, para explicar los productos de sus reacciones químicas. Inorgánico S U S T I T U Y E N T E Orgánico -F, -Cl, -Br, -I, -NO2, -SO2 NOTA: Estos sustituyentes no constituyen una ramificación. Restos Alquilo (CnH2n+1) ……..il o ilo NH2 isopropil (sec-propil) etil ciclobutil ciclopropil fenil sec- butil etenil (vinil) metil etinil amino isobutil propenil (alil) ter-butil (neo-butil) CnH2n + 2 alcano …..ano - 1H CnH2n + 1 radical …..il(o) Halógenos Nomenclatura de alcanos según IUPAC a. Se determina la cadena principal, que es la cadena carbonada más extensa (con mayor número de carbonos). Si existen dos o más cadenas con igual número de átomos de carbono, se elige la que posee más ramificaciones. b. Se enumera la cadena principal por el extremo más cercano a un grupo alquilo o rama, de tal manera que los grupos posean la menor numeración. c. Se nombran los grupos sustituyentes en orden alfabético indicando su posición o número de carbono al cual van unidos y señalando la cantidad mediante prefijo: mono-, di-, tri- , tetra- y otros. d. Al nombrar las ramas o sustituyentes, no tome en cuenta los prefijos “di-”, “tri-”, “sec-”, “ter-”…. para el orden alfabético, pero si se debe considerar para los prefijos “iso-”, “ciclo-”, “neo-”. e. Se nombra la cadena principal de acuerdo a la cantidad de carbonos. Ejemplo – 1 CH3 – CH – CH2 – CH2 – CH3 | CH3 2 – metilpentano metil 1 2 3 4 5 Ejemplo – 2 CH3 – CH – CH – CH2 – CH – CH2 – CH3 | | | CH3 CH3 CH3 2,3,5 – trimetilheptano Ejemplo – 3 C2H5 | CH3 – CH – CH2 – CH – CH2 – CH – C2H5 | | CH3 CH3 4 – etil – 2,6 - dimetiloctano CH2 – CH3 | CH3 – CH – CH2 – CH – CH2 – CH – CH2 – CH3 | | CH3 CH3 1 2 3 4 5 6 7 1 2 3 4 5 6 7 CH3 | CH3 – CH2 – CH2 CH – CH3 | | CH3 – CH2 – CH2 – CH2 – CH – CH – CH – CH3 | CH2 – CH3 Ejemplo – 4 CH3 – CH2 – CH2 CH(CH3)2 | | CH3 – (CH2)3 – CH – CH – CH – CH3 | C2H5 4 – etil – 2,3 – dimetil – 5 - propilnonano 1 2 3456789 CH3 | CH – CH3 | CH3 – CH2 – CH – CH – CH – CH2 – CH – CH2 – CH3 | | | CH3 CH2 – CH3 CH – CH3 | CH3 Ejemplo – 5 CH(CH3)2 | CH3 – CH2 – CH – CH – CH – CH2 – CH – CH2 – CH3 | | | CH3 C2H5 CH(CH3)2 3,6 – dietil – 5 – isopropil – 2,7 - dimetilnonano 1 2 3456789 CH3 | CH – CH3 | CH3 – CH – CH – CH – CH2 – CH – CH – CH2 – CH3 | | | | CH2 – CH3 CH3 CH3 CH2 – CH3 Ejemplo – 6 CH(CH3)2 | CH3 – CH – CH – CH – CH2 – CH – CH – CH2 – CH3 | | | | C2H5 CH3 CH3 CH2 – CH3 8 – etil – 4 – isopropil – 3,5,7 – trimetildecano 12 3 4 5 6 7 8 9 10 Ejemplo – 7 4 – etil – 2,3 – dimetil – 5 – propilnonano CH2 – CH2 – CH3 CH2 – CH3 CH3 Ejemplo – 8 12 3 4 5 6 1 – etil – 3 – metil – 5 – propilcilohexano CH2CH2CH2CH3 CH – CH3 | CH3 1 2 34 5 6 1 – butil – 2 – isopropilciclohexano Ejemplo – 9 CH3 CH3CH3 Ejemplo – 10 1,2,3 – trimetilciclopentano 1 2 3 45 1 2 3 4 5 6 7 8 9 8. ALQUENOS, OLEFINAS O ETILÉNICOS Son hidrocarburos que poseen enlace carbono – carbono (C = C) en la molécula. El termino olefina significa formados de aceites, justamente los aceites tienen dobles enlaces en su estructura molecular. La fórmula molecular de la serie homóloga que tiene un enlace doble es 𝐶𝑛𝐻2𝑛 (n > 1) a. Se busca la cadena continua más larga que contenga al enlace doble y se coloca el sufijo – eno b. Se numeran los carbonos de la cadena empezando por el extremo que está más cerca al doble enlace. Se indica la posición del doble enlace si hay más de un doble enlace, se antepone el prefijo di, tri, etc antes de la terminación – eno c. Se completa el nombre, nombrando e indicando la posición de los restos o sustituyentes, como en los alcanos. d. Si las posiciones de los dobles enlaces son equivalente la menor numeración corresponde al carbono que tenga un sustituyente más próximo Nomenclatura de alquenos según IUPAC CH3 – CH – CH2 – CH = CH – CH2Cl | CH = CH2 Ejemplo – 1 7 – cloro – 3 – metil – 1,5 – heptadieno 12 3 4 5 6 7 Ejemplo – 2 CH3 | CH3 – CH – CH – CH = C – CH2 – CH – CH3 | | | CH3 C2H5 CH3 4 – etil – 2,5,7 – trimetil – 4 – octeno 1 2 3 4 5 6 7 8 Ejemplo – 3 CH3 – C = CH – CH = C – CH3 | | CH(CH3)2 CH3 2,5,6 – trimetil – 2,4 – heptadieno CH3 – C = CH – CH = C – CH3 | | CH – CH3 CH3 | CH3 12345 6 7 CH2 – CH3 | CH2 = CH – CH – CH – CH2 – CH2 – CH3 | CH || CH | CH3 Ejemplo – 5 C2H5 | CH2 = CH – CH – CH – C3H7 | CH || CH | CH3 3 – etil – 4 – propil – 1,5 – heptadieno 1 2 3 4 5 6 7 CH3 | CH3 – C = CH – CH2 – CH – CH = C – CH3 | | CH3 CH2 | CH3 Ejemplo – 6 CH3 | CH3 – C = CH – CH2 – CH – CH = C – CH3 | | CH3 CH2 | CH3 4 – etil – 2,7 – dimetil – 2,6 – octadieno 12345678 CH3 CH3 | | CH2 = CH – CH – CH = CH – C – CH2 – CH – CH3 | | CH2 CH | || CH3 CH2 CH3 CH3 | | CH2 = CH – CH – CH = CH – C – CH2 – CH – CH3 | | CH2CH | || CH3 CH2 Ejemplo – 7 6 – etil – 3 – isobutil – 3 – metil – 1,4,7 – octatrieno 1 2 345678 CH3 | CH – CH3 | CH3 – CH2 – CH – CH2 – CH – CH – CH = CH2 | | CH CH || || CH2 CH | CH3 CH3 | CH – CH3 | CH3 – CH2 – CH – CH2 – CH – CH – CH = CH2 | | CH CH || || CH2 CH | CH3 Ejemplo – 8 3 – etil – 5 – isopropil – 6 – vinil – 1,7 – nonadieno 1 2 3 4 5 6 7 8 9 9. ALQUINOS O ACETILÉNICOS Hidrocarburos insaturados que poseen como grupo funcional al enlace triple carbono – carbono ( – C ≡ C – ), que les confiere mayor grado de instauración que los alquenos. El representante más simple de los alquinos es el acetileno (C2H2), por ello son llamados hidrocarburos acetilénicos. La fórmula molecular para los alquinos que tenga un enlace triple será: 𝐶𝑛𝐻2𝑛−2 Nomenclatura de alquenos según IUPAC a) Se nombran al igual que los alquenos cambiando la terminación – eno por – ino. b) Si el alquino posee ramificaciones se toma como cadena principal la cadena continua más larga que contenga al triple enlace, el cual tiene preferencia sobre las cadenas laterales a la hora de numerar. c) Cuando hay varios enlaces triples, se especifica el número de ellos con los prefijos di, tri, etc. Donde n = 2; 3; 4; …….. Los átomos de carbono del grupo funcional de los alquinos tienen hibridación sp. CH3 – C ≡ C – CH2 – CH – CH2 – CH3 | CH2 – CH3 Ejemplo – 1 5 – etil – 2 – heptino CH3 – C ≡ C – CH2 – CH – C ≡ CH | CH2 – CH3 Ejemplo – 2 3 – etil – 1,5 – heptadiino CH3 | CH3 – C – C ≡ C – C ≡ C – C ≡ C – CH2 – CH3 | CH3 Ejemplo – 3 2,2 – dimetil – 3,5,7 – decatriino Ejemplo – 4 CH3 ≡ C – CH2 – C ≡ C – C ≡ CH 1,3,6 – heptatriino 1 2 3 4 5 6 7 1234567 1234567 12345678910 CH ||| C Br | | CH3 – CH – CH – CH – CH – CH2 – CH2 – CH2 – CH3 | | CH2 – CH3 C ≡ CH 4 – bromo – 3 – butil – 5 – etil – 6 – metil – 1,7 – octadiino Ejemplo – 5 CH ≡ CH – CH2 – CH – CH – C ≡ CH | | CH2 – CH2 – CH3 Ejemplo – 6 4 – ciclopentil – 3 – propil – 1,6 – heptadiino 12 3456 7 8 1234567 10. HIDROCARBUROS MIXTOS, ALQUENINOS O ENINOS Hidrocarburos insaturados que contienen enlaces dobles, triples, además de enlaces simples. Fórmula molecular: 𝐶𝑛𝐻2𝑛+2−2𝑑−4𝑡 Donde n indica el número de átomos de carbono; d, el numero de enlaces dobles y t, el número de enlaces triples. Nomenclatura Para nombrar hidrocarburos mixtos, se debe tener en cuenta las siguientes reglas de la IUPAC: • La cadena principal es aquella que contiene el mayor número de enlaces múltiples (mayor número de enlaces dobles o triples). • La cadena principal se enumera por el extremo más cercano a la primera instauración (al enlace doble o al enlace triple). Si el enlace doble y triple son equidistantes, el doble enlace debe tener la menor numeración, es decir tendrá prioridad sobre el triple enlace. • Los grupos alquilo se nombran en orden alfabético indicando su posición respectiva en la cadena principal, luego se indica la posición del enlace doble (o dobles) con la terminación ino, diino, trien, etc. y, finalmente se indica la posición del triple enlace ( o triples) con la terminación ino, diino, trino, etc. CH2 = CH – CH2 – C ≡ C – CH3 Ejemplo – 1 1 – hexen – 4 – ino CH3 – C ≡ C – CH = CH – CH2 – CH3 Ejemplo – 2 4 – hepten – 2 – ino CH2 = CH – CH2 – CH2 – CH2 – C ≡ CH Ejemplo – 3 1 – Hepten – 6 – ino CH2 = CH – CH2 – C ≡ C – CH = CH2 Ejemplo – 4 1,6 – Heptadien – 3 – ino 1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 6 7 1 2 3 4 5 6 7 1234567 CH3 CH3 | | CH3 – CH = CH – CH – CH2 – CH – CH2 – CH – CH3 | CH2 | C ||| CH Ejemplo – 5 4 – isobutil – 6 – metil – 7 – nonen – 1 – ino CH3 | CH3 – C – CH3 | CH2 = CH – CH – CH2 – CH2 – CH2 – CH – C ≡ C – CH3 | CH – CH3 | CH3 7 – terbutil – 3 – isopropil – 1 – decen – 8 – ino Ejemplo – 6 1 2 3 456789 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Ejemplo – 7 9 – etil – 5,10 – dimetil– 7 – undecen – 2 – ino 12345 6 7 8 9 10 11 1 2 3 4 5 6 8 9 10 7 7 – etil – 3 – dimetil – 5 – decen – 1,9 – diino Ejemplo – 8 COMPUESTOS AROMÁTICOS – ALCOHOLES Y ÉTER COMPUESTOS AROMÁTICOS El benceno (C6H6) es la base de los compuestos aromáticos y fue descubierto por Michael Faraday en 1825. Luego en 1865, el alemán August Kekulé propuso una estructura para el benceno. Kekulé (1865) 1. CARACTERÍSTICAS DEL BENCENO • A condición ambiental es un líquido incoloro, tóxico, volátil y menos denso que el agua. Al ser una molécula simétrica es apolar, por ello es insoluble en agua. • Posee una estructura cíclica y planar • Sus átomos de carbono presentan hibridación sp2. • Posee dos estructuras resonantes. La resonancia hace que el benceno sea más estable y menos reactivo, por ello el benceno no es un alqueno (ósea no es un 1, 3, 5 – ciclohexatrieno) ya que es más estable que los alquenos y polienos. Por ello la representación de la estructura del benceno que más se acerca a la realidad es la del híbrido de resonancia.híbrido de resonancia2 estructuras resonantes • Es una molécula plana simétrica • Los ángulos de enlace C – C – C son de 120º. • Posee una alta instauración (6 𝑒− 𝜋) • La reacción más importante de los compuestos aromáticos es la de sustitución. • En el híbrido de resonancia las distancias de enlace C – C, todas son iguales de un valor medio entre un doble y un simple enlace. 1.1. Características Estructurales La deslocalización de los 6 electrones pi es lo que determina la no existencia de enlaces dobles alternos y que las distancias de enlace C – C sean de un valor medio entre un doble y un simple enlace. El benceno y sus derivados poseen propiedades muy particulares y una enorme variedad de aplicaciones en la industria de polímeros (plásticos, fibras textiles, resinas, películas sintéticas), en la industria de alimentos (edulcorantes, saborizantes, colorantes sintéticos, antioxidantes) y en la industria de los fármacos (analgésicos, antibióticos, antipiréticos). 1.2. Condiciones de Aromaticidad • Su molécula debe ser cíclica y planar • Todos los átomos de carbono deben se equivalentes y tener hibridación sp2 • Cumplir con la regla de Erich Hückel. Un compuesto es aromático cuando cumple las siguientes condiciones: # 𝑒−𝜋 = 4𝑛 + 2 donde n debe ser 0 o entero, si n resulta un número fraccionario, no es aromático Ejemplos: Cada carbono esta hibridizado en sp2 y le número de electrones pi es 4. Según Hückel: 4 = 4n+2 → n = ½ (número fraccionario), por lo tanto no es aromático. Cada carbono esta hibridizado en sp2 y le número de electrones pi es 6. Según Hückel: 6 = 4n+2 → n = 1 (número entero), por lo tanto es aromático. Compuestos Aromáticos Homocíclico Heterocíclico Tienen estructuras cíclicas en la cuales uno o varios de los átomos del anillo son elementos diferentes del carbono. Contando el par solitario que esta dentro del anillo, el cual se puede deslocalizar, el número de electrones pi es 6. Según Hückel: 6 = 4n + 2 → n = 1, por lo tanto es aromático. Observación: CH3 OH CHO NH2 COOH SO3H CH = CH2 AnisolÁcido benzoico Ácido bencenocarboxílico Fenol Bencenol Hidroxibenceno Tolueno Metilbenceno Benzaldehido Bencenocarbaldehido Ácido bencensulfónico Estireno (Vinilbenceno) OCH3 Anilina Aminobenceno a. MONOSUSTITUIDOS 2. DERIVADOS DEL BENCENO En otros compuestos, el sustituyente y el anillo del benceno forman juntos un nuevo nombre base: monosustituidos especiales o notables. NOTA: El fenol no es un alcohol ni tampoco un hidrocarburo aromático, además es más ácido que el alcohol. b. DISUSTITUIDOS Se origina al sustituir 2 hidrógenos del benceno por algún sustituyente. b.1. Xilenos b.3. Fenodioles b.2. Cresoles 3. NOMENCLATURA PARA BENCENOS DISUSTITUIDOS Según el sistema IUPAC (numeración de los átomos del anillo de modo que laposición que le corresponde a los sustituyentes sea la menor y denominación de los grupos unidos a ella) y según el sistema Común (uso de los prefijos orto-, meta- y para-). o– m– p– 2 1 1 3 1 4 Ejemplos: CH3 Br N. Comun: m – bromotolueno N. IUPAC: 3 – bromotolueno 1 3 OH C2H5 N. Comun: o – etilfenol N. IUPAC: 2 – etilfenol 1 2 Cl C2H5 N. Comun: o – cloroetilbenceno N. IUPAC: 1 – cloro – 2 – etilbenceno Cl Cl N. Comun: p – diclorobenceno N. IUPAC: 1,4 – diclorobenceno Br CH3 | CH – CH3 N. Comun: m – bromoisopropilbenceno N. IUPAC: 1 – bromo – 3 – isopropilbenceno CH3 Br N. Comun: m – bromotolueno N. IUPAC: 3 – bromotolueno 1 33 1 1 3 1 3 Cl COOH N. Comun: ácido p – clorobenzoico N. IUPAC: ácido 4 – clorobeonzoico CHO CH3 N. Comun: m – metilbenzaldehido N. IUPAC: 3 – metilbenzaldehido Cl H2N N. Comun: p – cloroanilina N. IUPAC: 4 – cloroanilina CH = CH2 Br N. Comun: o – bromoestireno o – bromoetenilbenceno N. IUPAC: 2 – bromoestireno 1 4 1 3 1 2 4 1 4. GRUPO ARILO (Ar –) Se obtiene cuando un compuesto aromático pierde un átomo de hidrógeno (similar a los grupos alquilo). Se representa con el símbolo Ar– Los grupos arilo más importantes son: H − H Fenil o fenilo <> C6H5 CH3 − H Bencil o bencilo CH2 – Cuando un anillo aromático esta unido a una cadena carbonada de igual o más números de carbonos o en la que haya un grupo funcional, el anillo pasa a ser considerado como un sustituyente. CH2 CH3 CH3 – CH2CH2CH3 1 – propilbenceno 3 – fenil – 3 – metil – 1 – buteno 1 2 31 5. ANILLOS AROMÁTICOS FUSIONADOS Los anillos bencénicos se pueden fusionar para dar unos compuestos denominados anillos condensados, policíclicos o polinucleares, entre los más importantes tenemos: Es un sólido a temperatura ambiente, sus derivados son empleados para fabricar colorantes, presenta 3 estructuras resonantes. Naftaleno (C10H8) Es un sólido a temperatura ambiente, sus derivados también se utilizan para hacer colorantes, presenta 4 estructuras resonantes. Antraceno (C14H10) 1 2 3 45 6 7 8 𝜶 𝜷 𝜷 𝜶𝜶 𝜷 𝜷 𝜶 1 2 3 45 6 7 8 9 10 𝜶 𝜷 𝜷 𝜶𝜶 𝜷 𝜷 𝜶 𝜸 𝜸 FUNCIONES OXIGENADAS Según los grupos funcionales en los cuales esta presente el átomo de oxígeno, los compuestos oxigenados presentan la siguiente clasificación. Función Fórmula general Grupo funcional Ejemplo – CHO carbonilo aldehido R – CHO CH3 – CHO etanal – CO – carbonilo cetona R – CO – R CH3 – CO – CH3 propanona – OH Hidroxilo alcohol R – OH CH3 – OH metanol – O – oxiéter R – O – R` CH3 – O – CH3 metoximetano – COOH carboxilo ácido carboxílico R – COOH CH3 – COOH ácido etanoico – COOR carboxialcoxiéster R – COOR´ CH3 – COOCH3 etanoato de metilo FUNCIÓN ALCOHOL Los alcoholes son compuestos orgánicos que poseen el grupo funcional hidroxilo (–OH) unido a un átomo carbono que presenta solo enlaces simples (carbono con hibridación sp3) La fórmula general es R–OH , donde R es un grupo alquilo, puede ser lineal o ramificado. | – C – O – H | CH3 – CH2 – CH2 | OH Es alcohol – OH No es alcohol .. .. Los alcoholes son ácidos muy débiles; reaccionan con los metales activos, como el litio o sodio y forman alcóxidos. 1. NOMENCLATURA DE ALCOHOLES Nomenclatura común (C): alcohol + (nombre del sustituyente) + ico Nomenclatura IUPAC (I): (nombre del hidrocarburo) + ol Ejemplos CH3 – OH I: metanol C: alcohol metílico (alcohol de madera) • Es altamente toxico, es disolvente y combustible, daña el nervio óptico y puede causar la muerte. Propiedades CH3 – CH2 – OH I: etanol C: alcohol etílico (espíritu del vino) • Es antiséptico • Se emplea en la elaboración de las bebidas alcohólicas. A partir de tres carbonos, los alcoholes se nombran según IUPAC numerando su cadena carbonada por el extremo más cercano al OH. Ejemplos I: 1 –propanol C: alcohol propílico CH3 – CH2 – CH2 | OH CH3 – CH2 – CH2 – CH2 | OH I: 1 – butanol C: alcohol n - butílico CH3 – CH – CH2 – CH – CH3 | | OH OH I: 2 – metil – 2 – propanol C: alcohol terbutílico CH3 | CH3 – C – CH3 | OH CH3 | CH3 – CH – CH2 – CH – CH3 | OH 4 – metil – 2 – pentanol 2, 4 – Pentanodiol 1 2 3 4 5 123 1234 1 2 3 12345 CH3 | CH3 – CH – CH – CH – CH2 – CH3 | | CH3 OH 2,4 – dimetil – 3 – hexanol 1 2 3 4 5 6 CH3 | CH3 – CH – CH2 – CH – CH2 – CH3 | | OH CH – CH3 | CH3 4 – etil – 2,5 – dimetil – 2 – hexanol 1 2 3 4 5 6 CH3 | CH2 – CH – CH – CH2 – CH3 | | OH CH3 2,3 – dimetil – 1 – pentanol 1 2 3 4 5 CH ≡ C – CH2 – CH2OH CH3 – CH2 – CH = CH – CH2 – CH2OH CH2 – CH3 | CH3 – CH – CH = C – CH2 – CH – CH3 | | CH3 OH 4 – etil – 6 – metil– 4 – hepten – 2 – ol 3 – butin – 1 – ol 3 – Hexen – 1 – ol OH | CH2 = CH – C – CH2 – CH2 – CH3 | CH2 – CH2OH 3 – propil – 4 – penteno – 1,3 – diol 1234 123456 1234567 12 3 45 T I P O S D E A L C O H O L E S Según el número de – OH en la cadena: Según el tipo de carbono sobre el cual está el – OH: Monoles: Contienen un grupo hidroxilo en su estructura. CH3 – CH2 – OH CH3 – CH(CH3) – CH2OH Etanol o alcohol etílico 2 – metil – 1 – propanol o alcohol isobutílico Polioles: Contienen dos o más grupos hidroxilo en su estructura. CH2 – CH2 | | OH OH 1,2 – etanodiol etilenglicol glicol CH2 – CH – CH2 | | | OH OH OH glicerina glicerol 1,2,3 – propanotriol R | H – C – OH | H Alcohol primario R | R’ – C – OH | H Alcohol secundario R | R’ – C – OH | R`` Alcohol terciario La fórmula general de los éteres es R – O – R`, donde R es un radical alquilo o radical arilo. FUNCIÓN ÉTER .. .. Son compuestos orgánicos que poseen el grupo funcional oxi (–O–) , están formados por dos radicales unidos mediante enlaces sencillos a un átomo de oxígeno. | | – C – O – C – | | 𝛿+ 𝛿− 𝛿+ Si R = R`, Entonces el éter es simétrico Si R ≠ R`, Entonces el éter es asimétrico Los éteres son pocos solubles en agua debido a su baja polaridad (solo los de baja masa molar forman forma EPH), además son compuestos muy estables (poco reactivos) por lo cual se usa como disolvente para reacciones, A temperatura ambiente la mayoría son líquidos y son isómeros de función con los alcoholes de igual número de carbonos. Se continúan los pasos de nomenclatura de los hidrocarburos considerando como grupos sustituyentes o ramas a los siguientes: 1. NOMENCLATURA DE ÉTERES N. Común (C) : (nombre de los sustituyentes) + éter Orden alfabético N. IUPAC (I) : CH3 – O – metoxi C2H5 – O – etoxi CH3 – CH2 – CH2 – O – propoxi (CH3)2 – CH – O – isopropoxi CH3 – O – CH3 I : metoximetano C: dimetil éter éter dimetílico éter metílico Ejemplos CH3 – CH2 – O – CH2 – CH3 I : etoxietano C: dietil eter eter dietílico eter etílico C2H5 – O – CH – CH2 – CH3 | CH3 2 – etoxibutano CH3 – CH2 – CH2 – O – CH3 I: 1 – metoxipropano C : metilpropileter 1 2 3 4 123 1 – bromo – 2 – metil – 4 – metoxipentano Br ǀ CH2 – CH(CH3) – CH2 – CH – CH3 ǀ OCH3 1 2 3 4 5 CH3 – CH(Cl) – CH2 – CH – CH3 | O | CH – CH3 | CH3 2 – cloro – 4 – isopropoxipentano 1 2 3 4 5 CH2 = CH – CH – CH2 – CH2 – CH3 | O – CH2 – CH3 CH3 – CH – CH2 – CH2 – CH – C ≡ CH | | O – CH3 CH3 3 – etoxi – 1 – hexeno 3 – metil – 6 – metoxi – 1 – heptino O – C2H5 | CH2 – CH2 – CH = CH – CH2 | | OH OH 3 – etoxi – 2 – penteno – 1,5 – diol 1 2 3 4 5 6 1234567 12345 COMPUESTOS CARBONÍLICOS Los aldehídos se encuentran ampliamente distribuidos en la naturaleza. FUNCIÓN ALDEHIDO Los aldehídos son compuestos que se caracterizan por tener al grupo carbonilo (–CO–) en la posición terminal de su estructura unido a un átomo de hidrógeno. Estructura O || R – C – H < > RCHO R: grupo alquilo o arilo 1 (raízcomún) + aldehído Se usa también para RCOOH, RCOOR, RCONH2 y RCN 2. NOMENCLATURA DE ALDEHIDOS Común (C) : #C 2 3 4 5 Raiz form- acet- propion- butir- valer- (nombre del hidrocarburo) + alIupac (I) : HCHO CH3 – CHO metanalformaldehido etanal acetaldehido Aldehído Nomenclatura Común Nomenclatura IUPAC CH3 – CH2 – CHO propanal propionaldehido CH3 – CH2 – CH2 – CHO butanal butiraldehido CH3CH2CH2CH2CHO pentanal valeraldehido En lo aldehídos de cadena ramificada o insaturada, sus cadenas son numeradas por el extremo más cercano al grupo funcional (–CHO) CH3 – CH2 – CH – CHO | CH3 2 – metilbutanal CH3 – CH2– CH – CH – CHO | | CH3 CH2 | CH3 2 – etil – 3 – metilpentanal 1234 12345 CH3 CH3 | | CH3 – CH– CH – CH2 – CH2 – CH – CHO | CH2 – CH3 123457 6 5 – etil – 2,6 – dimetilheptanal H3C – CH – CH3 | CH3 – CH2 – C – CH2 – CH – CH3 | | CH2 CH3 | CHO 3 – etil – 3 – isopropil – 5 – metilhexanal 1 2 3 4 5 6 CH3 | CHO – CH = CH – CH – CH3 4 – metil – 2 – pentenal CH3 | CH3– C ≡ C – CH – CH – CHO | CH2 | CH3 3 – etil – 2 – metil – 4 – hexinal 1 2 3 4 5 123456 Son compuestos orgánicos que poseen el grupo funcional carbonilo (–CO–) Si los grupos (–R) son iguales, la cetona es simétrica, y si son diferentes es asimétrica. Estructura O || R – C – R < > R – CO – R R: grupo alquilo o arilo FUNCIÓN CETONA 1. NOMENCLATURA DE CETONAS (nombre del hidrocarburo) + ona Común (C) : (nombre de los sustituyentes en orden alfabético) + cetona Iupac (I) : Ejemplos: CH3 – CO – CH3 I: 2 – propanona C: dimetilcetona (acetona) (propanona) CH3 – CH2 – CO – CH3 C: etilmetilcetona CH3 – CH2 – CO – CH2 – CH3 C: dietilcetona I: 3 – pentanona I: 2 – butanona CH3 – CO – CH2 – CH2 – CH3 C: metilpropilcetona I: 2 – pentanona 1 2 3 4 5 En ramificados, se enumera la cadena. El carbono del grupo funcional debe poseer la menor posición. CH3 – CH – CH2 – CO – CH2 – CH3 | CH3 5 – metil – 3 – hexanona 123456 CH3 | CH3 – C – CO – CH – CH3 | | CH3 CH3 2, 2, 4 – trimetil – 3 – pentanona 1 2 3 4 5 HC ≡ C – CH – CO – CH2 – CH3 | CH3 4 – metil – 5 – hexin – 3 – ona CH3 | CH3 – CH = C | CH – CO – CH3 | CH2 – CH3 3 – etil – 4 – metil – 4 – hexen – 2 – ona 123456 123 456 Son compuestos orgánicos que poseen el grupo funcional carboxilo (–COOH) y en forma natural se encuentran presentes en las plantas (hortiga), frutas (limón, manzana) entre otros. Estructura O || R – C – OH < > R – COOH R: grupo alquilo o arilo FUNCIÓN ÁCIDO CARBOXÍLICO 1. NOMENCLATURA DE ÁCIDOS CARBOXÍLICOS Ácido (nombre del hidrocarburo) + oico Común (C) : Ácido (raíz común) + ico Iupac (I) : Cuando el ácido tiene sustituyentes, se enumera la cadena de mayor cantidad de carbonos, siendo el carbono número 1 el que forma parte del grupo carboxilo. Los ácidos carboxílicos son prioritarios frente a otros grupos, que pasan a nombrarse como sustituyentes. Ejemplos: H – COOH CH3 – COOH Ácido fórmico Ácido metanoico Estructura Nomenclatura Común Nomenclatura IUPAC CH3 – CH2 – COOH CH3 – CH2 – CH2 – COOH CH3CH2CH2CH2COOH Ácido etanoico Ácido acético Ácido propionico Ácido propanoico Ácido butírico Ácido butanoico Ácido valérico Ácido pentanoico CH3 | CH3 – CH2 – C – CH2 – CH – COOH | | CH3 CH2 | CH3 Ácido 2 – etil – 4,4 – dimetilhexanoico 123456 CH3 | CH3 – CH2 – CH – COOH 1234 5 Ácido 2 – metilbutanoico CH3 | CH3 – C – CH2 – CH2 – COOH | CH3 Ácido 4, 4 – dimetilpentanoico 1234 CH3 CH3 | | CH3 – CH – CH2 – CH – CH – COOH | CH2 – CH3 5 12346 Ácido 3 – etil – 2, 5 – dimetilhexanoico CH3 | CH2 | CH2 – C ≡ C – CH – COOH | CH – CH3 | CH3 Ácido 2 – etil – 6 – metil – 3 – heptinoico HOOC – CH2 – CH2 – CH2 – COOH Ácido pentanodioico HOOC – CH2 – CH – CH2 – COOH | COOH Ácido 1,2,3 – propanotricarboxilico ácido benzoico ácido bencenocarboxílico ácido benceno – 1,3 – dicarboxílico COOH COOH COOH 12345 6 7 12345 123 1 3 Son compuestos orgánicos que poseen el grupo funcional carboalcoxi (–COOR). Se caracterizan por tener olores agradables (ésteres de baja masa molar). Estructura O || R – C – OR` < > R – COOR` R: grupo alquilo o arilo FUNCIÓN ÉSTER Obtención: R – COOH El proceso de obtención es llamado esterificación. Ejemplo: R – COOR´ + H2O+ R`OH éster aguaÁcido carboxílico alcohol o fenol Ácido etanoico (Ácido acético) metanol alcohol metílico + CH3 – OH etanoato de metilo (N. Iupac) acetato de metilo (N. Común) CH3 – COO – H CH3 – COO – CH3 + H2O 1. NOMENCLATURA DE ÉSTERES (nombre del hidrocarburo) + –oato de (nombre sustituyente) + ilo Común (C) : (raíz común) + –ato de (nombre sustituyente) + ilo Iupac (I) : Ejemplos: Estructura Nomenclatura Común Nomenclatura IUPAC En ramificados e insaturados se enumera para indicar la posición del carbono insaturado o rama. CH3COOC4H9 etanoato de butiloacetato de butilo CH3CH2COOC2H5 propanoato de etilopropionato de etilo CH3CH2CH2COOC2H5 butirato de etilo butanoato de etilo CH3CH2CH2CH2COOC5H11 pentanoato de pentilovalerato de pentilo HCOOC2H5 formiato de etilo metanoato de butilo CH3 – CH – CH – COO – C2H5 | | CH3 CH2 – CH3 2 – etil – 3 – metilbutanoato de etilo – COO – CH(CH3)2 Benzoato de isopropilo 1234 Ejemplos: CH3 | CH3 – CH – COO – CH2CH3 2 – metilpropanoato de etilo 123 CH3 CH3 | | CH3 – CH – CH – COO – CH – CH3 | CH3 2, 3 – dimetilbutanoato de isopropilo 1234 CH3 –C ≡ C – CH – CH2 – COO – CH3 | CH2 – CH3 3 – etil – 4 – hexinoato de metilo CH3 | CH2 – CH = C – COO – CH(CH3)2 | CH3 2 – metil – 2 – pentenoato de isopropilo 123456 1234 5 1. DEFINICIÓN Los ácidos grasos naturales contienen 12 a 20 átomos de carbono, con un grupo carboxilo (COOH) en un extremo. ÁCIDOS GRASOS Los ésteres de glicerol se forman a partir de ácidos carboxílicos alifáticos de cadena larga (C12 a C22), denominados “ácidos grasos” y del glicerol o glicerina (propano – 1, 2, 3 – triol). A estos ésteres se les conoce comúnmente como triglicéridos. Ejemplo: Las grasas y aceites naturales suelen contener diferentes residuos de ácidos carboxílicos saturados o insaturados en la misma molécula de grasa o aceite. (Trioctadecanoato de glicerilo)(Ácido octadecanoico) Los ácidos grasos pueden estar saturados con hidrógeno (y por lo tanto no tienen dobles enlaces carbono carbono) o insaturados (y tienen dobles enlaces carbono). Los ácidos grasos con más de un doble enlace se llaman ácidos grasos poliinsaturados. Los aceites y las grasas son triglicéridos, los primeros son líquidos a 20°C y se pueden obtener de frutos o semillas oleaginosas, mientras que a la misma temperatura las grasas son sólidas y generalmente están presente en los depósitos adiposos de determinados animales. Cualquier grasa o aceite que se combine con una base inorgánica, como el NaOH genera la reacción de SAPONIFICACIÓN, cuyo producto principal es el respectivo jabón y la glicerina o glicerol. Ejemplo: Tripalmitato de glicerilo Palmitato de sodio Para obtener 3 mol de jabón denominado Palmitato de sodio y 1 mol de glicerina o glicerol se requiere1 mol de grasa Tripalmitato de glicerilo y 3 mol de NaOH. ALGUNOS ÁCIDOS GRASOS COMUNES COMPUESTOS NITROGENADAS Las aminas cuyo grupo funcional es –NH2, llamado grupo amino, son compuestos que poseen uno o más grupos alquilo o arilo unidos a un átomo de nitrógeno. Son consideradas como derivados del amoniaco, que resultan al sustituir parcial o totalmente sus átomos de hidrógenos por grupos alquílicos. FUNCIÓN AMINA Secundaria Dependiendo del número de grupos alquilo (–R) o arilo (–Ar) unidos al nitrógeno, las aminas se clasifican en primarias, secundarias y terciarias. a. Clasificación Amoniaco Amina Primaria Terciaria Fórmula general Ejemplo R – NH2 .. CH3 – NH2 R – NH – R` .. R – N – R` | R`` .. CH3 – NH – C2H5 CH3 – N – C2H5 | CH3 Donde los sustituyentes R, R` y R`` pueden ser iguales o diferentes. Basta que uno de estos radicales sea arilo, la amina es aromática. b. Nomenclatura Común Se nombra a los grupos alquilo en orden alfabético seguido del sufijo –amina. c. Nomenclatura IUPAC La terminación –o de un alcano se sustituye por –amina indicando la posición (el más bajo) del grupo funcional. En las aminas secundarias y terciarias es necesario utilizar los localizadores N y N, N respectivamente para indicar grupos alquilo directamente unidos al nitrógeno. Aminas N. Común N. IUPAC CH3 – NH2 metilamina metanamina CH3 – CH2 – CH2 – NH2 propilamina 1 – propanamina CH3 – CH2 – NH – CH3 etilmetilamina N – metiletanamina CH3 – CH2 – CH2 – N – CH3 | CH3 dimetilpropilamina N,N – dimetil – 1 – propanamina CH3 – CH2 – CH2 – CH – NH – CH2 – CH2 – CH2 – CH2 – CH3 | CH2 – CH3 N – pentil – 3 – hexanamina 3 12 46 5 CH3 – CH – N (CH3) – CH2 – CH3 | CH2 – CH2 – CH3 N – etil – N – metil – 2 – pentanamina 3 1 2 4 5 Ejemplos: N CH3 CH3 1 2 3 4 5 N,N – dimetil – 1 – pentanamina CH3CH3 NH2 123 4 3,3 – dimetil – 2 – butanamina En la industria alimentaria se utiliza nitrito de sodio como conservante de carnes. Este compuesto se transforma en el organismo dando nitrosoaminas que inducen cáncer al estomago. En la descomposición de las proteínas del pescado y de la carne de res se produce la cadaverina y putrescina que le dan olor desagradable a estos productos naturales. FUNCIÓN AMIDA Las amidas cuyo grupo funcional es –CONH2, llamado grupo carboamino, son compuestos derivados de los ácidos carboxílicos, en los cuales el grupo hidroxilo (–OH) de un ácido carboxílico es sustituido por un grupo amino (–NH2). En las amidas, el átomo de carbono del grupo carbonilo esta enlazado directamente a un átomo de nitrógeno. Secundaria Amida Primaria Terciaria Fórmula general Ejemplo R – CO – NH2 .. CH3 – CO – NH2 R – CO – NH – R` .. R – CO – N – R` | R`` .. CH3 – CO – NH – C2H5 CH3 – CO – N – C2H5 | CH3 ácido carboxílico R – COOH Donde los sustituyentes R, R` y R`` pueden ser iguales o diferentes. a. Clasificación Se elimina la palabra ácido, luego se cambia la terminación –ico por –amida. Se elimina la palabra ácido, luego la terminación –oico se sustituye por –amida. Cuando el nitrógeno está unido a grupos alquilo, se utiliza el localizador N. b. Nomenclatura Común c. Nomenclatura IUPAC Amidas N. Común N. IUPAC CH3 – CONH2 acetamida etanamida CH3 – CH2 – CO – NH2 propionamida propanamida CH3 – CONH – CH3 N - metilacetamida N - metiletanamida CH3 – CH2 – CH2 – CONH | CH3 N - metilbutiramida N - metilbutanamida CH3 – CH2 – CH2 – CON – CH3 | CH3 N,N - dimetilbutiramida N,N - dimetilbutanamida CH3 – CH2 – CH – CONH2 | CH3 2 – metilbutanamida 1234 CH3 – CH2 – CO – N – CH2 – CH3 | CH2 | CH3 N,N – dietilpropanamida 123 CH3 – CH – CH2 – CO – N – CH3 | | CH3 CH3 N, N, 3 – trimetilbutanamida 1234 CH3 – CH2 – CO – N – CH3 | CH2 | CH3 N – etil – N – metilpropanamida 123 Ejemplos: CH3 – CH – CH2 – CH – CH2 – CO – NH – CH2CH3 | | CH3 CH2 – CH3 123456 N, 3 – dietil – 5 – metilhexanamida CH3 | CH2 – CH2 – CH – CH2 – CH2 – CO – N – CH2CH3 | CH3 N – etil – N, 4 – dimetilhexanamida 123456 CH3 | CH2 – CH – CH2 – CH – CO – N – CH3 | CH3 N, 2, 4 – trimetilpentanamida 12345 CARBOHIDRATOS A estos compuestos se les conoce también como glúcidos o azucares, son muy abundantes en la naturaleza y forman parte de los tejidos animales y vegetales. Las plantas y algas verdes los sintetizan a partir del CO2 atmosférico y agua (captada por la raíz) a través de la fotosíntesis (ciclo de Calvin), convirtiéndolos en productos de reserva (almidón) y de sostén (celulosa). 6CO2(g) + 6H2O(l) C6H12O6(ac) + 6O2(g) clorofila luz Los carbohidratos o glúcidos son compuestos carbonílicos (aldehídos y cetonas) polihidroxilados, responden a la fórmula global Cn(H2O)n. En efecto la mayor parte de los azures simples tienen la fórmula empírica C(H2O) y por ello se les dió el nombre de “hidratos de carbono” o carbohidratos. Los carbohidratos cubren la necesidad más constante y básica del cuerpo: la energía. Aportan calorías de disposición inmediata para las células, tejidos y órganos del cuerpo (en especial para el cerebro y el sistema nervioso). Polisacáridos : Dextrina, Almidón (reserva de plantas), Celulosa (en la pared celular de plantas), Glucógeno (reserva de animales), Quitina (en la pared celular de hongos) Disacáridos (C12H22O11) : Según el número de Monómeros: Glucosa (dextrosa), Fructuosa (levulosa), Galactosa. Pentosas, Hexosas, etc Tetrosas: Según el tipo de grupo carbonilo: Según el número de átomos de carbono: Triosas: CH2 – CH – CHO | | OH OH Gliceraldehido CH2 – CH – CH – CHO | | | OH OH OH Se clasifican el aldosas (–CHO) y cetosas (–CO–) Monosacáridos (C6H12O6) : Sacarosa (glucosa + fructuosa), Lactosa (glucosa + galactosa) , Maltosa (glucosa + glucosa) Aldosas. Presentan el grupo –CHO: glucosa, galactosa, manosa, ribosa, desoxirribosa. Cetosas. Presentan el grupo –CO– : fructuosa (levulosa), ribulosa. C L A S I F I C A C I Ó N Estudios posteriores sobre la estabilidad de las cadenas abiertas en soluciones, demuestran que estas son muy inestables (las de Fisher), especialmente cadenas de 5 y 6 carbonos, es por eso que Haworth (Premio Nobel en 1937) propuso fórmulas cíclicas en los monosacáridos Emil Fischer, Premio Nobel de Química en 1902, desarrolló una manera simbólica de representar moléculas (basada en diagramas estrictamente bidimensionales) con uno o más átomos de carbonos quirales, que permiten un trazado rápido. Las llamadas Proyecciones de Fischer facilitan, además, la comparación de los estereoisómeros y la observación de cualquier diferencia en su estereoquímica. 𝛼-D-Glucosa Es importante tener presente, que en las Proyecciones de Haworth al C1 o al C2 se les denominan átomos de carbono anoméricos, los cuales dan origen a los isómeros llamados 𝛼 y 𝛽. 𝛼 Los monosacaridos no se pueden hidrolizar por no poseer enlace glucosídico (no se rompe en moléculas más pequeñas de carbohidratos). Estructura abierta Estructura cíclica MONOSACÁRIDOS COMUNES (C6H12O6) D-Glucosa Aldohexosa (2,3,4,5,6 – pentahidroxihexanal) D-Fructuosa Cetohexosa (1,3,4,5,6 – pentahidroxi - 2 - hexanona) La orientacion del OH alrededor del penúltimo átomo de carbono es el que determina la pertencencia del azucar a la serie D o L. 1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 6 glucosa fructuosa Sacarosa DISACÁRIDOS (C12H22O11) glucosa galactosa Lactosa glucosa glucosa Maltosa Los monosacáridos tienen función energética y estructural en los sistemas biológicos, tal es el caso de la glucosa y la fructuosa (función energética). La ribosa y la desoxirribosa se encuentran formando los ácidos nucleicos (ADN, ARN). La glucosa también tiene función de reserva cuando forma glucógeno. 4. IMPORTANCIA DE LOS CARBOHIDRATOS Los disacáridos tienen principalmente función energética luego de liberar a los monosacáridos que los forman, es el caso de la maltosa o azúcar de la malta. Los polisacáridos cumplen funcionesdiversas: • Son energéticos, almacenan energía en sus enlaces los almidones (amilosas, amilopectinas). • Son estructurales las celulosas (madera, fibra). • Son funcionales, receptores los que se encuentran formando la membrana celular (glucoproteínas). EJEMPLO APLICATIVO – 1 (EXAMEN DE ADMISIÓN UNI 2014 – II) Indique cual de los siguientes enunciados es incorrecto: A) La glucosa es la unidad estructural del almidón y la celulosa. B) La lactosa es un disacárido. C) La celulosa es un disacárido. D) El almidón puede hidrolizarse a glucosa. E) La glucosa es un polihidroxilado. Rpta: C Los carbohidratos o glúcidos son biomoléculas compuestas por carbono, hidrógeno y oxígeno, cuya principal función en los seres vivos es proveer energía en forma inmediata (glucosa) o que se almacena para su posterior consumo (almidón y glucógeno). A) (V) el almidón y la celulosa son polisacáridos cuya unidad estructural es la glucosa (C6H12O6). B) (V) la lactosa o azúcar de leche es un disacárido; cuando se hidroliza, se produce glucosa y galactosa. C) (F) la celulosa es un polisacárido formado por miles de moléculas de glucosa (homopolisacaridos). Esta en la pared celular de las células vegetales. D) (V) el almidón, al hidrolizarse es un medio ácido, produce muchas moléculas de glucosa. Es el principal polisacárido de reserva energética de los vegetales. E) (V) la glucosa químicamente es un polihidroxialdehido; presenta 5 grupos hidroxilo y un grupo carbonilo. EJEMPLO APLICATIVO – 2 (EXAMEN FINAL CEPREUNI 2018 – 2) Los azucares y el almidón están presentes en muchos de nuestros alimentos y pertenecen al grupo alimenticio de los carbohidratos. Respecto a este tipo de compuestos se tienen las siguientes afirmaciones: I. Muchos de ellos pueden representarse por la fórmula Cn(H2O)2n+2. II. Pueden ser monosacáridos, disacáridos y polisacáridos. III. Son ejemplos de monosacáridos: glucosa, galactosa y fructuosa. A) Solo I B) Solo II C) Solo III D) II y III E) I, II y III Rpta: D A) (F) Muchos de ellos pueden representarse por la fórmula Cn(H2O)n. B) (V) Pueden ser monosacáridos, disacáridos y polisacáridos. C) (V) Son ejemplos de monosacáridos: glucosa, galactosa y fructuosa 𝑉𝐻𝐶𝑙 = A. (d-x) d 𝑉𝑁𝐻3= A. x x BIBLIOGRAFÍA Carey, Francis T. (1999). Química Orgánica. Editorial Mc Graw-Hill. Tercera edición. Madrid. Graham Solomons, T. (2000) Química Orgánica. Editorial Limusa Wiley. Segunda edición. México Wade, L, G Química Orgánica. Pearson Educación, segunda edición . México. Morrison, Robert – Boyd, Robert (1998) Química Orgánica. Editorial Addison Wesley Longam. Quinta edición. México. Mc Murry, John (2001). Química orgánica. Editorial internacional Thomson S.A Quinta edición. México. Muchas gracias
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