QUIMICA ORGANICA
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LA QUÍMICA DEL CARBONOPolímeros y macromoléculas
CH3— CH2— CH2— COOH
QUÍMICA ORGÁNICA
Rama de la química que estudia los compuestos basados en el carbono, muchos de ellos relacionados con los seres vivos.
LA VERSATILIDAD DEL CARBONO●Se conocen millones de compuestos del carbono.●Sus moléculas pueden contener miles de átomos.●Los átomos de carbono pueden unirse en cadenas y anillos de todos los tamaños.●Estas cadenas y anillos pueden tener ramificaciones.●Se les pueden unir otros átomos (principalmente H
pero también pueden ser F, Cl, Br, I, O, N, S, P y otros).
Configuración electrónica del carbono
C: 1s2, 2s2 2p2
Faltan 4 electrones para el octeto
POSIBILIDAD DE FORMACIÓN DE 4 ENLACES COVALENTES
Simples o múltiples, consigo mismo o con otros elementos (H, O y N fundamentalmente, aunque también pueden ser S, P o halógenos)
LAS DISTINTAS FÓRMULAS DE LOS COMPUESTOS ORGÁNICOS
FÓRMULA MOLECULAR
Sólo indica el número de átomos de cada elemento que forman la molécula.
Pero hay más de una forma de unir los 4 átomos de carbono, por lo que habrá más de un compuesto, de fórmula C4H10.
Por ejemplo: C4H10
FÓRMULA ESTRUCTURAL
DESARROLLADA
Representan todos los enlaces entre los átomos de la molécula. Cada enlace se representa por una línea.
H H H H | | | | H — C — C — C — C — H | | | | H H H H
H H H | | | H — C — C — C — H | | H H H—C—H | HSEMIDESARROLLADA
C4H10
Se omiten algunos enlaces, como los C — H.
CH3— CH2— CH2— CH3 CH3— CH— CH3 |CH3
TRIDIMENSIONAL O ESPACIAL
Se representa la dirección en el espacio de los enlaces.
C
H
H
H
H
ENLACES DEL CARBONOENLACE SIMPLE
Compartiendo un solo electrón.Cada carbono puede formar 4.
H | H — C — H | H
Metano: CH4 Disposición tetraédrica
ENLACE DOBLEUnión de un átomo de carbono compartiendo dos electrones con otro átomo.
Etano: CH2= CH2 Disposición plana (todos los enlaces en el mismo plano)
ENLACE TRIPLE
Unión de un átomo de carbono con otro de carbono o de nitrógneo compartiendo tres pares de electrones .
H H | | H — C — C — H—
Etino: CH≡ CH
H — C C — H———
H — C C — H———
Disposición lineal
CADENAS CARBONADAS
CH3— CH2— CH2— CH2 ...
CH2
CH2CH2
CH2
CH2
CH2
ciclohexano
Ácido oleico
GRUPOS FUNCIONALES
Agrupaciones fijas de átomos que confieren a las moléculas que los poseen un comportamiento químico característico.
Cada grupo funcional definirá un tipo distinto de compuesto orgánico.
TIPO DE COMPUESTO
GRUPOFUNCIONAL
REPRESENTACIÓN SUFIJO EJEMPLO
alcano alcano H |
H — C — H |
H
-ano CH3— CH2— CH3
alqueno alqueno C = C - eno CH2 = CH — CH3
alquino alquino — C ≡ C — -ino CH ≡ C — CH3
alcohol hidroxilo — OH -ol CH3— CH2— CH2OH
cetona carbonilo O || — C —
-ona O ||
CH3 — C — CH3
aldehído formilo O ||
— C — H
-al CH3— CH2— COH
ácido carboxílico
carboxilo O ||
— C — OH
-oico CH3— CH2— COOH
amina amino | — C — NH2
|
-amina CH3—CH2—CH2—NH2
Principales grupos funcionales
NOMENCLATURA DE COMPUESTOS ORGÁNICOS
El número de átomos de carbono de la cadena carbonada principal (más larga) se indica con los siguientes prefijos numerales:
PREFIJO Número de átomos de carbono
Met- 1
Et- 2
Prop- 3
But- 4
A partir de cinco átomos de carbono se usan los prefijos griegos: penta-, hexa-, hepta-, octa-, nona-, deca-, undeca-, dodeca-, etc.
Nomenclatura de compuestos orgánicos
AlcanosCH4
metano
CH3─ CH3
etano
CH3─ CH2─ CH3
propano
Alquenos y alquinos
CH2 = CH2
eteno
CH ≡ CH
etino
CH3 ─ CH = CH2
propeno
CH3 ─ C ≡ CH
propino
CH2= CH ─ CH2─ CH3
CH ≡ C ─ CH2─ CH3
CH3─ CH = CH ─ CH3
CH3 ─ C ≡ C ─ CH3
Nomenclatura de compuestos orgánicos
AlcanosCH4
metano
CH3─ CH3
etano
CH3─ CH2─ CH3
propano
Alquenos y alquinosCH2= CH ─ CH2─ CH3
CH ≡ C ─ CH2─ CH3
CH3─ CH = CH ─ CH3
CH3 ─ C ≡ C ─ CH3
A partir de cadenas de 4 átomos de carbono hay dos posibles ubicaciones del doble o triple enlace y se hace necesario indicarla
Nomenclatura de compuestos orgánicos lineales
●La posición del grupo funcional (cuando pueda situarse en distintas posiciones) se indica con un número que indica el átomo de carbono al que se une.
●Los átomos de carbono se numeran de forma que se asigne el número más bajo posible al que lleva el grupo funcional.
●Los numerales se separan entre sí por comas y con guiones de las palabras.
CH3— CH — CH2—CH2— CH3
OH
4321
pentan-2-ol5
Nomenclatura de compuestos orgánicos lineales
CH3— CH — CH —CH2— CH3
OH OH
pentano- 2, 3 - diol431 52
CH3— CH = CH —CH = CH2
12345penta -1, 3 - dieno
CH3— CH— COOH
OH
123
ácido 2 - hidroxipropanoico
CH2 = CH— COOH123
ácido prop - 2 - enoico
Nomenclatura de compuestos orgánicos lineales
CH3 — C — CH2 —CH2— CH3
‖O
431 52
pentan - 2 - ona
HOC — CH2 —CH2— CH3butanal
but - 2- enoCH3─ CH = CH ─ CH3
Nomenclatura de compuestos orgánicos ramificados
Las ramificaciones se nombran como radicales, con el sufijo -il.
CH3—
CH3— CH2—
CH3— CH2— CH2—
metil -
etil -
propil -
1.Se elige la cadena carbonada más larga que contenga el grupo funcional.
2.Se numera de forma que se asigne el número más bajo posible al grupo funcional.
3.Si hay más de una posibilidad se comienza por el extremo en el que las ramificaciones tengan localizadores más bajos.
4.Se nombran primero los radicales con sus localizadores.
5.Cuando se repite un radical se usan los prefijos di-, tri-, etc.
Nomenclatura de compuestos orgánicos ramificados
CH3— C = CH — CH3 |CH3
2-metilbut- 2 - eno
CH3— CH— CH— CH2—CH3 |CH3
|CH3
2, 3 - dimetilpentano
CH3— CH — C— CH2— CH2—CH3 |CH3
|CH3
|CH3
2, 3, 3 - trimetilhexano
6.Cuando hay sustituyentes distintos se ordenan alfabéticamente sin tener en cuenta los prefijos numerales di-, tri-, tetra-, etc.
CH3— CH — CH— CH2— CH3 |CH2
|CH3
|CH3
3 - etil - 2 - metilpentano
Orden de prioridad de grupos funcionales para asignar el nombre
(cuando hay más de uno)●- COOH ácidos
●- COOR ésteres
●- COX haluros de ácido
●- CONH2 amidas
●- C ≡ N nitrilos
●R – COH aldehídos
●R – CO – R' cetonas
●R -OH alcoholes
●- NH2 aminas
●R' – O – R éteres
●C = C alquenos
●C ≡ C alquinos
●C – C alcanos
●R – X derivados halogenados
●R – NO2 nitroderivados
ISOMERÍALa isomería es la posibilidad de que dos o más sustancias con la misma fórmula molecular presenten propiedades distintas debido a que tienen distinta fórmula estructural (los átomos están enlazados de distinta manera).
CH3— CH2— CH2— CH3
CH3— CH— CH3 |CH3
Butano (C4H10) Metilpropano (C4H10)
ISÓMEROS
Tipos de isomería
ESTRUCTURAL(hay una variación en la estructura básica de los isómeros).
- de cadena: cambia la disposición de los átomos que forman la cadena lineal o ramificada.
- de posición: cambia la posición del grupo funcional.
- de función: los grupos funcionales son distintos en cada isómero.
ESTEREOISOMERÍA(los isómeros se diferencian en las posiciones relativas de los átomos en el espacio, sin variar la estructura básica de las mismas).
- geométrica: debida a las distintas distribuciones espaciales posibles en torno a un doble enlace .
- óptica: debida a las dos posibles configuraciones de un átomo de carbono con los cuatro sustituyentes diferentes (los dos isómeros son imágenes especulares).
Isómeros de cadena
CH3— CH2— CH2— CH2— CH3
CH3— CH — CH2 — CH3 |CH3
| CH3 — C — CH3
CH3
|CH3
pentano
2 – metilbutano(metilbutano)
dimetilpropano(2,2 - dimetilpropano)
Volver a esquema
C5H12
Isómeros de posición
CH3— CH2— CH2— CH2— CH2OH
CH3— CH2 — CH2— CH — CH3 |OH
pentanol
pentan- 2 - ol
CH3— CH2 — CH — CH 2— CH3 |OH
pentan -3 - ol
C5H12O
Volver a esquema
Isómeros de función
CH3 — C — CH3
‖O
CH3— CH2— COH (C3H6O)
ISÓMEROS
propanona propanal
CH3 — O — CH3CH3— CH2OH
dimetiléter etanol
ISÓMEROS
Volver a esquema
(C2H6O)
Isómeros geométricos
C — C—
H H
ClCl
C — C—
H
HCl
Cl
Forma CIS Forma TRANS
En la forma CIS los sustituyentes iguales de los dos átomos de carbono afectados por el doble enlace se encuentran a un mismo lado de la línea del doble enlace, en la forma TRANS los sustituyentes están a uno y otro lado del doble enlace.
Volver a esquema
Isómeros ópticos
COOH
C
OHHCH3
HOOC
C
HHOCH3
espejo
HIDROCARBUROS
- Compuestos orgánicos formados solo por C e H.
- Al ir aumentando la longitud de la cadena van aumentando sus puntos de fusión y ebullición.
CLASIFICACIÓN
CADENA ABIERTA
CICLOALCANOS
AROMÁTICOS
CLASIFICACIÓN
CADENA ABIERTA
CICLOALCANOS
AROMÁTICOS
- alcanos o parafinas: enlaces simples
- alquenos u olefinas: algún enlace doble
- alquinos o acetilenos: algún enlace triple
Cadenas cerradas
Contienen uno o más anillos bencénicos
OBTENCIÓN INDUSTRIAL DE HIDROCARBUROS
EL PETRÓLEO
El petróleo es un líquido oleaginoso, que se formó en la corteza terrestre como una compleja mezcla de alcanos, alquenos, cicloalcanos y compuestos aromáticos en el transcurso de millones de años mediante la descomposición anaeróbica de la materia animal y vegetal a través de la acción bacteriana.
DESTILACIÓN FRACCIONADA DEL PETRÓLEO
OTROS COMPUESTOS ORGÁNICOS DE INTERÉS
●ALCOHOLES
●ÁCIDOS CARBOXÍLICOS
ALCOHOLES
- Compuestos orgánicos que poseen el grupo -OH (- O - H)
COMPUESTO FÓRMULA USOS
METANOL CH3OH - Disolvente, anticongelante, síntesis biocombustibles, etc.
ETANOL CH3─ CH2OH - Desinfectante local, reactivo en síntesis, carburante, etc..
ÁCIDOS CARBOXÍLICOS
● Compuestos orgánicos que se caracterizan por poseer el grupo carboxilo: -COOH
● Muy frecuentes en los productos naturales.
● Bastante reactivos.
● Reacciones de saponificación:
● R-COOH + NaOH → R-COONa + H2O
MACROMOLÉCULAS Y POLÍMEROS
POLÍMERO: Molécula formada por la unión de muchas moléculas pequeñas e idénticas entre sí, llamadas monómeros.
El resultado es una molécula de elevado peso molecular a la que se denomina macromolécula.
POLÍMEROS NATURALES
ALMIDÓN
CAUCHO
Polímeros de la glucosa (C6H12O6)
CELULOSA
Polímero del isopreno 2-metil-buta-1,3-dieno
POLÍMEROS SINTÉTICOS: LOS PLÁSTICOS
POLIETILENO Polímero del etileno (eteno)
POLÍMEROS SINTÉTICOS: LOS PLÁSTICOS
TEFLÓN Polímero del tetrafluoroetileno
PVC Polímero del cloruro de vinilo (cloroeteno)
POLIESTIRENO Polímero del estireno (etenilbenceno)
MACROMOLÉCULAS EN LOS SERES VIVOS
PROTEINAS● Macromoléculas formadas por aminoácidos
● Los aminoácidos son moléculas que contiene un grupo – NH2 y un grupo – COOH
● Cada proteína está formada por una secuencia determinada de aminoácidos, de los que existen 20 clases diferentes en la naturaleza.
● Hay proteínas con una función estructural, y otras con una función catalítica (las enzimas), que catalizan las reacciones del metabolismo.
MACROMOLÉCULAS EN LOS SERES VIVOS
ÁCIDOS NUCLEICOS: ADN y ARN● Macromoléculas formadas por nucleótidos
● El ADN está formada por dos cadenas de nucleótidos que se enrollan formando una hélice bicatenaria.
● En el ADN hay 4 nucleótidos: timidina, adenosina, guanosina y citidina. La timina de una cadena se une con la adenina de la otra y la guanina con la citosina.
● La secuencia de nucleótidos es usada para almacenar información, cada tres nucleótidos representan un aminoácido, para la síntesis de proteínas.
Rafael Ruiz Guerrero
Departamento de Ciencias de la Naturaleza
IES Ricardo Delgado Vizcaíno
Pozoblanco (Córdoba)
www.fqrdv.blogspot.com