quimica organica

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  • 1. Qumica orgnica Unidad 9

2. 2 Contenidos (1) 1.-Caractersticas del carbono 1.1.Tipos de hibridacin y enlace 2.-Formulacin y nomenclatura de compuestos orgnicos (dos grupos funcionales). 3.-Reactividad de los compuestos orgnicos. 3.1.Efectos inductivo y mesmero 3.2.Rupturas de enlace e intermedios de reaccin. 3.3.Tipos de reactivos. 4.- Principales tipos de reacciones orgnicas 3. 3 Contenidos (2) 5.-Reacciones de sustitucin. 5.1.Homoltica. 5.2.Electrfila. 5.3.Nuclefila. 6.-Reacciones de adicin. 7.-Reacciones de eliminacin. 8.-Reacciones de oxidacin-reduccin. 9.-Otras reacciones orgnicas. 9.1.Reacciones de combustin. 9.2.Reacciones de esterificacin. 9.3.Reacciones de saponificacin. 9.4.Reacciones de condensacin 4. 4 Caractersticas del Carbono Electronegatividad intermedia Enlace covalente con metales como con no metales Posibilidad de unirse a s mismo formando cadenas. Tetravalencia: s2 p2 spx py pz 400 kJ/mol (se desprenden 830 kJ/mol al formar 2 enlaces CH) Tamao pequeo, por lo que es posible que los tomos se aproximen lo suficiente para formar enlaces , formando enlaces dobles y triples (esto no es posible en el Si). hibridacin RECORDANDO RECORDANDO 5. 5 Ejemplo: Al quemar 2,34 g de un hidrocarburo se forman 7,92 g de dixido de carbono y 1,62 g de vapor de agua. A 85C y 700 mm de Hg de presin, la densidad del hidrocarburo gaseoso es 3,45 gl1 ; a) Determine la masa molecular y frmula de dicho hidrocarburo; b) Qu volumen de oxgeno gaseoso a 85C y 700 mm de presin, se necesita para quemar totalmente los 2,34 g de este hidrocarburo? Datos: Masas atmicas: O = 16,0 y C = 12,0 a)a) CaHb + (a + b/4) O2 a CO2 + (b/2) H2O (12 a + b) g (a + b/4) mol 44 a g 9 b g 2,34 g n 7,92 g 1,62 g 7,92(12 a + b) = 2,34 x 44 a; 1,62 x(12 a + b) = 2,34 x 9 b Resolviendo el sistema obtenemos que a = b en ambas ecuaciones. M = d x Vmolar = 3,45 g x l1 x 22,4 l mol1 = 77,3 g/mol77,3 g/mol Como 77,3/13 6 la frm. molecular ser: CC66HH66 Problema Selectividad (Junio 98) Problema Selectividad (Junio 98) 6. 7 Tipos de enlace Enlace simple: Los cuatro pares de electrones se comparten con cuatro tomos distintos. Ejemplo: CH4, CH3CH3 Enlace doble: Hay dos pares electrnicos compartidos con el mismo tomo. Ejemplo: H2C=CH2, H2C=O Enlace triple: Hay tres pares electrnicos compartidos con el mismo tomo. Ejemplo: HCCH, CH3CN RECORDANDO RECORDANDO 7. 8 Tipos de hibridacin y enlace. El carbono puede hibridarse de tres maneras distintas: Hibridacin sp3 : 4 orbitales sp3 iguales que forman 4 enlaces simples de tipo (frontales). Hibridacin sp2 : 3 orbitales sp2 iguales que forman enlaces + 1 orbital p (sin hibridar) que formar un enlace (lateral) Hibridacin sp: 2 orbitales sp iguales que forman enlaces + 2 orbitales p (sin hibridar) que formarn sendos enlaces 8. 9 Hibridacin sp3 4 orbitales sp3 iguales que forman 4 enlaces simples de tipo (frontales). Los cuatro pares de electrones se comparten con cuatro tomos distintos. Geometra tetradrica: ngulos CH: 1095 y distancias CH iguales. Ejemplo: CH4, CH3CH3 9. 10 Hibridacin sp2 3 orbitales sp2 iguales que forman enlaces + 1 orbital p (sin hibridar) que formar un enlace (lateral) Forma un enlace doble, uno y otro , es decir, hay dos pares electrnicos compartidos con el mismo tomo. Geometra triangular: ngulos CH: 120 y distancia C=C < CC Ejemplo: H2C=CH2, H2C=O 10. 11 Hibridacin sp 2 orbitales sp iguales que forman enlaces + 2 orbitales p (sin hibridar) que formarn sendos enlaces Forma bien un enlace triple un enlace y dos , es decir, hay tres pares electrnicos compartidos con el mismo tomo, o bien dos enlaces dobles, si bien este caso es ms raro. Geometra lineal: ngulos CH: 180 y distancia CC < C=C < CC Ejemplo: HCCH, CH3CN 11. 12 EjercicioA:Indica la hibridacin que cabe esperar en cada uno de los tomos de carbono que participan en las siguientes molculas: CHCCH2 CHO; CH3 CH=CHCN sp sp sp3 sp2 sp3 sp2 sp2 sp 12. 13 Principales grupos funcionales (por orden de prioridad) (1) Funcin Nom. grupo Grupo Nom. (princ.) Nom. (secund) cido carboxlico carboxilo RCOOH cido oico carboxi (incluye C) ster ster RCOOR ato de ilo oxicarbonil Amida amido RCONRR amida amido Nitrilo nitrilo RCN nitrilo ciano (incluye C) Aldehdo carbonilo RCH=O al formil (incluye C) Cetona carbonilo RCOR ona oxo Alcohol hidroxilo ROH ol hidroxi Fenol fenol C6 H5 OH fenol hidroxifenil 13. 14 Principales grupos funcionales (por orden de prioridad) (2) Funcin Nom. grupo Grupo Nom.(princ.) Nom (sec) Amina (primaria) (secundaria) (terciaria) Amino RNH2 RNHR RNRR ilamina ililamina ilililamina amino ter Oxi ROR ililter oxiil Hidr. etilnico alqueno C=C eno en Hidr. acetilnico alquino CC ino Ino (sufijo) Nitrocompuestro Nitro RNO2 nitro nitro Haluro halgeno RX X X Radical alquilo R il il 14. 15 Nomenclatura de compuestos orgnicos con ms de un grupo funcional. Se identifica cul es la funcin principal (la primera en el nombre de preferencia). Es la que da el nombre al compuesto. Las funciones secundarias se nombran como prefijos usando el nombre del grupo (oxo para carbonilo, hidroxi para hidroxilo). Ejemplo: CH3CHOHCOOH Funcin principal: cido carboxlico Funcin secundaria: alcohol Nombre del grupo: hidroxilo. Prefijo: hidroxi. Nombre: cido 2 hidrxi-propanoico. 15. 16 Nomenclatura de grupos funcionales secundarios (prefijos). cido Carboxi (como sustituyente) HOOCCHCH2COOH cido carboxi-dibutanoico | COOH ster alcoxicarbonil (como sustituyente) HOOCCH2COOCH3 cido metoxicarbonil etanoico Amida amido (como sustituyente) CH3CHCH2COOH cido 3-amido-butanoico | CONH2 Nitrilo ciano (como sustituyente) NCCHCH2COOCH3 3-cianopropanoato de metilo Aldehdo oxo o formil (como sustituyente) OHCCH2CONH2 3-oxo-propanamida 16. 17 Nomenclatura de grupos funcionales secundarios (prefijos). Cetona oxo CH3COCH2COOH cido 3-oxo-butanoico Alcohol hidroxi CH3CHOHCH2CHO 3-hidroxi-butanal Fenol fenoxi OCHCH2COOH cido 3-fenoxi-butanoico | CH3 Amina amino CH3CHCOOH cido 2-aminopropanoico | NH2 (alanina) ter alcoxi CH3OCH2CHO metoxi-etanal 17. 18 El benceno Frmula: C6H6 Es una estructura plana resonante de tres dobles enlaces alternados Hibridacin sp2 del benceno. Nube electrnica Nube comn Esqueleto 18. 19 Algunos derivados del benceno con nombre propio tolueno fenol cido benzoico benzaldehdo benzamida CH3 COOH OH CONH2 CHO 19. 20 Nomenclatura de derivados del benceno (C6H6) Puede nombrase como radical (fenil) o como grupo principal: Ejemplo: CH2CH3 Nombres: etilbenceno o feniletano Cuando hay dos sustituyentes puede usarse: OH 1,2 bencenodiol 1,2 dihidroxibenceno OH (orto) odihidroxibenceno NO2 1,3 dinitrobenceno O2N (meta) mdinitrobenceno H3C CH3 1,4 dimetilbenceno (para) pdimetilbenceno 20. 21 Particularidades en la nomenclatura As: OH puede nombrarse tambin: OH o-hidroxifenol H3C CH3 p-metiltolueno Si hay doble y triple enlace, el grupo ino se nombra como sufijo: Ejemplo: CHCCH2CH=CHCCH Nombre: 3 hepten-1,6 diino Si hay doble o triple enlace, y un grupo principal que puede estar en ms de un sitio se pone el n del carbono del grupo principal entre ambos sufijos: Ejemplo: CH3CHOHCH=CH2 21. 22 Nombres de grupos especiales CHCH3 isopropil | CH3 (metiletil) CHCH2CH3 | CH3 secbutil (1 metilpropil) CH2CHCH3 | CH3 isobutil (2 metilpropil) CH3 | CCH3 tercbutil | CH3 (dimetiletil) CH=CH2 vinil CH2CH=CH2 alil (C6H5) fenil 22. 23 Reactividad de los compuestos orgnicos Se debe a los grupos funcionales. Por alta densidad electrnica (doble o triple enlace) Por fraccin de carga positiva en el tomo de carbono (enlaces CCl, C=O, CN) Ruptura de enlaces de alta energa. homoltica (por la presencia de radicales libres) heteroltica (el par electrnico va a un tomo) Desplazamientos electrnicos. 23. 24 Desplazamientos electrnicos. Efecto inductivo: Desplazamiento parcial del par electrnico en enlace sencillo hacia el tomo ms electronegativo provocando fracciones de carga. Efecto mesmero o resonancia: Desplazamiento del par de electrones del doble enlace hacia uno de los tomos por la presencia de pares electrnicos cercanos. 24. 25 Efecto inductivo. El hidrgeno se toma como referencia (no provoca efecto inductivo) II : Grupos que retiran electrones. Ejemplos: NO2, COOH, X (halgeno), OH... +I+I : Grupos que aportan electrones. Ejemplos: CH3, CH2CH3, C(CH3), COO , O ... Se transmite a lo largo de la cadena a enlaces adyacentes, aunque cada vez ms dbilmente. 25. 26 Ejercicio B: Justifica basndote en el efecto inductivo la mayor acidez de los derivados clorados del cido actico. El cido tricloro-acetico ser el ms cido pues los tres tomos de cloro producen un efecto I (tiran de la nube electrnica) y provocan una alta + en el to- mo de carbono del grupo carbo- xilo (COOH). El O del OH debe suministrarle parte de sus elec- trones y se rompe con mayor facilidad el enlace ms polariza- do (OH). Despus vendr el cido dicloro-actico y el menos cido ser el cido cloro actico. Efecto Inductivo en el cido tricloroactico 26. 27 Efecto mesmero (resonancia). Se produce cuando hay enlace mltiples y la posibilidad de que los e se deslocalicen (tomo electronegativo con posibilidad de tener parejas de e sin compartir). Ejemplo: CH2=CHCH=CH2 + CH2CH=CHCH2 CH2CH=CHCH2 + Puede escribirse: CH2CHCHCH2 Todos los enlaces son intermedios entre simples y dobles. A mayor nmero de formas resonantes mayor estabilidad. 27. 28 Clases de efectos mesmeros. ++MM : Se produce por la cesin de un par de e sin compartir del tomo unido al carbono formndose un doble enlace. Ejemplos: NH2, NHR, OH, OCH3, X:... CH2=CHNH2 CH2CH=NH2 + MM : El tomo unido al carbono coge para s un par de electrones del doble o triple enlace. Ejemplos: CHO, NO, CN, COCH3, COOH... CH2=CHCH=O: + CH2CH=CHO: 28. 29 Ejercicio C: Explica el efecto mesmero de las siguientes sustancias: a) propenal; b) bromoeteno; c) nitroeteno. + M: bromoeteno M: propenal, nitroeteno 29. 30 Tipos de rupturas de enlaces. Homoltica:Homoltica: El enlace coval